Sintesi della giornata: “Progressi e prospettive delle colture cellulari 3D come alternativa ai test in vivo”

Nelle giornate del 26, 27 e 28 febbraio si è svolto presso l’Istituto Zooprofilattico Sperimentale della Lombardia e dell’Emilia Romagna, sede di Brescia, il workshop dal titolo “Progressi e prospettive delle colture cellulari 3D come alternativa ai test in vivo”, organizzato dal Centro di Referenza per i Metodi Alternativi, Benessere e Cura degli Animali da Laboratorio in collaborazione con il Centro di Ricerca “E. Piaggio” dell’Università di Pisa.
 
Il workshop si è articolato in una parte teorica ed in una pratica, al fine di permettere ai partecipanti di approfondire l’utilizzo reale della metodica.
Lo scopo del corso è stato quello di divulgare il concetto relativo all’applicazione della struttura tridimensionale (3D) alle colture cellulari.
L’approccio tradizionale prevede l’allestimento di un monostrato che consente di apprezzare le cellule ed il loro sviluppo solamente nelle due dimensioni, perdendo importanti informazioni che, invece, sono garantite dal modello 3D.
In particolare, grazie a numerosi studi compiuti sia nell’ambito della ricerca oncologica sia di quella metabolica, è stato evidenziato come il sistema tridimensionale metta in luce interazioni e comportamenti cellulari che non si erano mai osservati in passato. Tale progresso ha consentito di ampliare le conoscenze in possesso dei ricercatori e di introdurre questa metodologia nell’ambito dei metodi alternativi alla sperimentazione animale.
I risultati con le colture cellulari 3D sono in grado di avvicinarsi in modo più verosimile a quanto si possa osservare in un organismo vivente (animale); infatti, grazie al contributo della bioingegneria è oggi possibile allestire colture cellulari su particolari tipologie di supporti in grado di garantire un’interazione dinamica tra tessuti che in vivo sono interconnessi (es. fegato/pancreas/tessuto adiposo; fegato/pancreas/intestino).
Da qualche anno la struttura 3D relativa alle colture cellulari è applicata mediante dei sistemi statici; ciò consente di ottenere delle colture pluristratificate in grado di riprodurre la struttura anatomo/fisiologica di un determinato tessuto. L’ulteriore evoluzione di questo sistema è rappresentato proprio dall’impiego di bioreattori capaci di generare flussi dinamici tra popolazioni cellulari distinte; in questo modo, viene garantita la comunicazione tra le varie componenti biologiche, mimando ciò che avviene in vivo e che può essere valutato mediante prelievi a tempi stabiliti del terreno di coltura senza distruggere le cellule. Pertanto, oltre ad avere un’informazione relativa al metabolismo tissutale, è possibile compiere esperimenti estesi nel tempo e valutare così la cinetica di sostanze/molecole sui substrati target.
Nello specifico, durante le giornate di lavoro presso l’IZSLER, è stato deciso di approfondire l’interazione tra tessuto adiposo (cellule SW872, human liposarcoma) e tessuto epatico (cellule Hep-G2, human hepatoblastoma).
I substrati cellulari sopra menzionati, sono stati forniti ed amplificati dal laboratorio “Colture Cellulari” dell’IZSLER; il Centro di Ricerca “E. Piaggio” ha invece fornito tutto il materiale necessario per la preparazione del bioreattore.
Il primo giorno è stato presentato il modello 3D come alternativa alle colture bidimensionali, focalizzando l’attenzione sui vantaggi offerti da tale sistema innovativo. Inoltre, la prof.ssa Arti Ahluwalia del Centro di Ricerca “E. Piaggio” ha mostrato i concetti fisico/teorici su cui si basa il principio d’uso dei bioreattori nel campo delle colture cellulari. Successivamente, sono stati presentati alcuni prototipi già in commercio in grado di garantire l’interazione dinamica fra cellule appartenenti a differenti tessuti.
Durante la seconda giornata, la sessione teorica ha approfondito ulteriormente i possibili impieghi degli scaffold destinati all’impiego nel bioreattore. In particolare, sono stati descritti i diversi tipi di scaffold utilizzabili con tipi cellulari diversi; infatti, sulla base della tipologia di tessuto che si vuole riprodurre è necessario predisporre un supporto adeguato e consono alle cellule stesse. Infine, sono state descritte le metodiche possibili per la produzione degli scaffold tramite processi fisico/chimici (es. liofilizzazione).
 
Durante la parte pratica prevista nelle diverse giornate, i partecipanti hanno avuto la possibilità di assemblare i bioreattori da utilizzare durante la prova sperimentale.
 
Al fine di evidenziare l’avvenuta comunicazione fra i substrati cellulari nel modello 3D in dinamico, ad intervalli prestabiliti sono stati prelevati campioni di terreno colturale, al fine di valutare la produzione di glucosio.
 
Da ultimo, nella giornata conclusiva, sono stati discussi i risultati ottenuti, in particolare i livelli di glucosio sono stati analizzati dal laboratorio di “Biochimica Clinica” dell’IZSLER.
I risultati ottenuti hanno confermato la migliore capacità adattativa delle cellule nel sistema 3D dinamico, con la possibilità di valutare anche l’aspetto metabolico (glucosio) del tessuto coltivato.
 
In conclusione, questo approccio si dimostra come un ottimo candidato nello sviluppo dei metodi alternativi alla sperimentazione animale; inoltre, lo stesso sta rivoluzionando la tecnologia relativa alle colture cellulari, permettendo una valutazione più veritiera e funzionale dei risultati ottenuti in vitro. Il sistema 3D dinamico potrà fornire nuovi spunti per lo studio di interazioni cellulari sia nell’ambito della ricerca di base sia nella ricerca più specialistica, nel rispetto del principio delle 3Rs.