Da cellule staminali a cellule cardiache mature in sole quattro settimane di coltura in laboratorio. È quanto hanno ottenuto i ricercatori della Columbia Engineering grazie a una metodica sperimentale completamente nuova, descritta sulle pagine di “Nature”.

Far crescere in laboratorio un tessuto cardiaco che si comporta come tessuto naturale sarebbe una svolta epocale per la ricerca biomedica, perché permetterebbe di studiare la fisiologia e la patologia del cuore in condizioni controllate.

Finora sono stati fatti numerosi tentative a partire da un semplice prelievo di sangue. Da questo vengono ricavate cellule staminali pluripotenti indotte, forzando cellule mature a ripercorrere a ritroso il cammino di differenziamento cellulare. Le staminali indotte sono poi in grado di ridifferenziarsi in numerosi tipi cellulare maturi, e dare origine a molte delle caratteristiche dei tessuti naturali.

“Molti degli attuali sforzi, inclusi quelli del nostro laboratorio, cercando di riprodurre gli eventi durante lo sviluppo delle cellule naturali” ha spiegato Gordana Vunjak-Novakovic, autore senior dello studio. “Poiché questi sforzi sono stati limitati dal grado di maturazione raggiunto, abbiamo deciso di cercare di fare qualcosa di completamente nuovo: verificare le potenzialità dello sviluppo accelerato. C’è voluta una combinazione di pensiero creativo e di ingegnerizzazione intelligente per sviluppare il modello che ora abbiamo a disposizione: un muscolo cardiaco a un elevato grado di maturazione e specifiche per il paziente che può essere utilizzato per studi sullo sviluppo, la fisiologia e la patologia e di risposta ai farmaci del cuore”.

Gli autori hanno utilizzato cardiomiociti – le cellule del muscolo cardiaco responsabili della contrazione - a uno stadio precoce dello sviluppo, derivati da cellule staminali umane, a loro volta ricavate da campioni di sangue. Questi cardiomiociti hanno ancora una notevole palsticità.

Hanno poi incapsulato i cardiomiociti, insieme ad altre cellule di supporto, in una soluzione gelificata contenente fibrina, una proteina elastica che spesso ha una funzione di supporto meccaniconei tessuti viventi. Messo in coltura, il preparato ha dato vita a un piccolo campione di muscolo cardiaco lungo 6 millimetri. Applicando poi una piccola tensione elettrica con un segnale periodico costante, sono riusciti a indurre la contrazione del campione, esattamente come avviene nel tessuto cardiaco naturale.

Inoltre, la piattaforma sperimentale ermette anche alcune misurazioni di proprietà funzionali, quali la frequenza, l’ampiezza e la forza delle contrazioni, nonché il monitoraggio della propagazione dei segnali basati sullo scambio cellulare del calcio.

“Finora in questo campo di ricerche si è sempre pensato che fosse meglio partire con cardiomiociti quanto più maturi possible”, ha aggiunto Kacey Ronaldson-Bouchard, autore principale dell’articolo. “Invece, i cardiomiociti a uno stadio di maturazione ancora precoce, che hanno ancora una notevole plasticità, rispondono meglio ai segnali esterni trasmessi per indurre la maturazione completa”.