Pancreas-on-a-chip: la nuova frontiera per lo studio del diabete

Avete mai sentito parlare della fibrosi cistica? Si tratta di una grave malattia genetica causata da un difetto del gene CFTR, che codifica il regolatore della conduttanza transmembrana della fibrosi cistica, una proteina di membrana che svolge la funzione di canale ionico per lo ione cloruro. Questa malattia può portare all’insorgenza del diabete correlato alla fibrosi cistica (CFRD). Un team di ricercatori del Cincinnati Children’s Hospital Medical Center ha realizzato un dispositivo microfluidico, definito dai ricercatori stessi un “pancreas-on-a-chip”, per studiare le cause e i possibili trattamenti di questa complicanza.

Secondo i ricercatori, il dispositivo potrebbe consentire di studiare anche le cause di condizioni non correlate alla fibrosi cistica come il diabete di tipo 1 e 2.

Il diabete correlato alla fibrosi cistica

La fibrosi cistica (CF) è caratetrizzata da un’alterazione delle secrezioni di molti organi, che diventano più dense e viscose. Sebbene a subire il maggiore danno siano i bronchi e i polmoni, possono sussistere dei danni anche a livello del pancreas, la ghiandola responsabile della secrezione endocrina ed esocrina.

Il progredire del danno pancreatico porta spesso a una particolare forma di diabete, il CFRD, che, similmente al diabete di tipo 1 e 2, è caratterizzato da una produzione di insulina insufficiente. Ciò è dovuto al fatto che l’eccessiva produzione di muco dovuta alla fibrosi cistica causa a sua volta una diminuzione dell’afflusso di sangue alle isole pancreatiche, o isole di Langherans, piccoli aggregati di cellule che liberano nel sangue insulina e altre sostanze al fine di regolare il metabolismo del glucosio e i suoi livelli nel sangue.

Sperimentazioni in vitro

La tecnologia dei chip in vitro sviluppata dai ricercatori di Cincinnati può essere utilizzata per studiare il CFRD, consentendo così di diagnosticare diverse manifestazioni della malattia su una base altamente personalizzata. Il chip può aiutare a valutare la variazione dei livelli di glucosio nel sangue e la correlazione di tale variazione con la mutazione del gene CFTR, oltre a permette di testare il trattamento in vitro.

Per prima cosa, i ricercatori hanno isolanto le cellule epiteliali duttali del pancreas e le isole pancreatiche donate da pazienti chirurgici. Per generare il “pancreas-on-a-chip” gli organoidi duttali sono stati coltivati ​​all’interno di un dispositivo bicamerale che conteneva specifiche soluzioni biochimiche. Le cellule epiteliali duttali sono state coltivate nella camera superiore, mentre le cellule delle isole pancreatiche sono state posizionate nella camera inferiore. Le due camere sono separate da un sottile strato di membrana porosa che permetteva loro di comunicare. Le cellule hanno poi continuato a crescere ed espandersi dando vita ad organi pancreatici tridimensionali che imitavano le comunicazioni cellula-cellula e lo scambio di liquidi del pancreas umano.

In seguito i ricercatori hanno testato il “pancreas-on-a-chip” inducendo delle disfunzioni del gene CFTR, in modo da compromettere la comunicazione cellula-cellula, lo scambio di fluidi e la funzione endocrina. Questa disfunzione ha causato un deficit di insulina e ha ricreato in vitro un processo simile a quello osservato nel pancreas di una persona affetta da CFRD.

I ricercatori hanno così confermato che il gene CFTR ha un ruolo diretto nel regolare la secrezione di insulina e nell’insorgenza del diabete nelle persone con fibrosi cistica.

Organi su chip

I dispositivi microfluidici esistono dal 1979. Ma le innovazioni nel loro design e funzionalità hanno consentito ai ricercatori di bioingegnerizzare tessuti ed organi umani al fine di imitare la funzione degli organi naturali in laboratorio.

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