SARS-CoV-2 e Nuovi Approcci Metodologici “human-based”

di Manuela Cassotta

01 GIU - Gentile Direttore,
la ricerca attraverso Nuovi Approcci Metodologici (NAM) in vitro ed in silico focalizzati sulla biologia umana (human-based) sta portando a nuove ed interessanti scoperte. Ad esempio i ricercatori dell’ Hubrecht Institute in Utrecht, dell’Erasmus MC University di Rotterdame dell’Univesità di Mastricht in Olanda, stanno utilizzando delle colture 3D ingegnerizzate di cellule intestinali derivate dai pazienti (i così detti “organoidi”) per studiare come SARS-CoV-2 interagisce con il sistema gastrointestinale umano, sulla base di osservazioni cliniche secondo le quali il virus causerebbe in alcuni casi anche sintomi gastrointestinali.
 
Grazie a questo modello gli scienziati hanno scoperto che il coronavirus è in grado di infettare le cellule intestinali e di riprodursi nell’intestino, sfruttando un recettore specifico, presente in gran quantità sulle cellule intestinali umane. I ricercatori stanno attualmente esplorando le differenze tra infezioni polmonari e intestinali confrontando gli organoidi polmonari e intestinali infetti da SARS-CoV-2. Il prossimo passo sarà quello di integrare nel modello il microbiota intestinale umano (i batteri simbionti residenti nell’intestino) e cellule del sistema immunitario per studiare le complesse relazioni tra il virus, i batteri intestinali ed il sistema immunitario.  
AlWyss Institute dell’Università di Harvard (USA) si lavora su approcci multidisciplinari, integrando tecnologie di organi umani su chip, intelligenza artificiale e machine learning, per lo studio delle modalità di sviluppo dell’infezione, della diagnosi e terapia per COVID19. L’equipe del Prof. Ingber, direttore dello stesso centro, sta lavorando su sistemi microfluidici (vie respiratorie e polmone umano su chip) per studiare l’entrata e la replicazione del virus nelle cellule, la risposta immunitaria e per testare l’efficacia dei farmaci capaci di inibire il virus. Il sistema si è dimostrato in grado di replicare l’effetto dei farmaci antivirali riscontrato nei pazienti.
 
Anche in Italia, al centro di ricerca Piaggio di Pisa, il gruppo di ricerca guidato dal bioingegnere Ahluwalia sta mettendo a punto un modello innovativo di polmone 3D che replica i movimenti respiratori e che integrato con cellule di pazienti o guariti, permette di studiare l’interazione tra gli alveoli polmonari e l’aerosol contenente nanoparticelle o virus.
 
Grazie alle ultime frontiere delle tecnologie così dette “omiche” è possibile effettuare saggi rapidi analizzando grandi quantità di dati in poco tempo. Ad esempio attraverso analisi multiparametriche a singola cellula è possibile esaminare il profilo immunitario di grandi campioni di popolazione. Ciò permette di studiare la risposta immunitaria umana nella sua unica complessità.
 
Le tecniche in vitro ed in silico, se utilizzate in modo integrato e combinate con gli studi clinici ed epidemiologici su larga scala, possono fornire risultati più affidabili e rilevanti per i pazienti, evitando i pericoli derivanti da un sovra affidamento ai modelli animali, che spesso non sono in grado di riflettere la complessità delle condizioni umane. In particolare per quanto riguarda il SARS-CoV-2, i modelli animali, anche se infettati dal virus, non presentano gli stessi sintomi riscontrati nei pazienti, ed il loro sistema immunitario risponde in maniera differente da quello umano, rendendo molto difficili gli studi finalizzati alla scoperta di un vaccino efficace. Ricordiamo che l’85-95% dei farmaci sicuri ed efficaci nei modelli animali, si rivelano poi inutili se non addirittura pericolosi per i pazienti.
 
Non a caso la comunità scientifica riconosce sempre di più la necessità di focalizzare la ricerca sulla biologia umana, proprio perché i modelli animali, per quanto possano essere migliorati o “umanizzati”, non sono in grado di riflettere le risposte umane, mentre con i loro elevati costi sottraggono ingenti risorse alla ricerca.
 
Quanto più ci impegneremo a promuovere i nuovi approcci incentrati sulla biologia umana sia a livello economico che formativo, tanto prima questi diverranno i metodi di riferimento per la ricerca biomedica e tossicologica, con notevole beneficio per i pazienti in attesa di cure, per la collettività, per la ricerca e per gli animali.
 
Dott.ssa Manuela Cassotta
Biologa e biotecnologa

01 giugno 2020
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