La risposta semplice alla domanda “È possibile far crescere un rene?” è “Sì”, perché Marc Hammerman, MD, e la sua collega, Sharon Rogers, MS, lo hanno fatto – e con più successo di qualsiasi altro ricercatore nel mondo.
La risposta più complessa inizia con “Sì”, e poi continua raccontando di un viaggio investigativo iniziato nel 1996, quando Hammerman e Rogers si sono posti la stessa domanda. Hammerman è il direttore della divisione renale alla Washington University School of Medicine e al Barnes-Jewish Hospital. Rogers è un istruttore di ricerca in medicina all’interno della divisione.
“Thomas Edison definì il genio come l’1% di ispirazione e il 99% di traspirazione”, dice Hammerman. “La nostra ispirazione è arrivata quando abbiamo ipotizzato di far crescere nuovi organi, reni e pancreas endocrino usando primordi di organi embrionali di maiale trapiantati come materiale di partenza. Siamo stati nella fase di traspirazione della nostra ricerca per 17 anni mentre lavoravamo per dimostrare che questo può essere fatto.”
Hammerman è un leader nel campo fiorente dell’organogenesi, che si concentra sulla crescita di nuovi organi utilizzando cluster di cellule embrionali derivati da animali come il maiale. Gli ammassi sono noti come primordi di organi. A differenza delle cellule staminali, le primordie degli organi non possono svilupparsi in qualsiasi tipo di cellula. Piuttosto, sono bloccate nel diventare un particolare tipo di cellula o uno di una serie di tipi di cellule che compongono un organo.
Un organo complicato da far crescere
“La sfida di far crescere un rene è che è un organo molto complicato; hai bisogno di centinaia di diversi tipi di cellule perché il rene funzioni, e devono riunirsi esattamente nella configurazione corretta”, dice Hammerman. “E’ una sfida che nessuno è riuscito a vincere usando le cellule staminali embrionali, perché il processo di assemblaggio è così difficile che non riusciamo a capire come dirigerlo”.
La genialità della tecnica di Hammerman e Rogers è che le primordi di rene embrionale di maiale che trapiantano nei topi sanno già come auto-assemblarsi. Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che una volta trapiantati nell’ospite, i primordi attirano i vasi sanguigni necessari per il funzionamento dell’organo. Ciò che rende il loro approccio brevettato veramente unico, tuttavia, è la loro capacità di produrre un rene perfetto che espelle l’urina, qualcosa che altri ricercatori non hanno realizzato con uguale successo.
“Otteniamo questo trapiantando non solo il rene embrionale ma anche la parte che si differenzia in uretere. Una volta che questo si sviluppa, colleghiamo chirurgicamente l’uretere trapiantato con l’uretere dell’ospite”, dice Hammerman. “Tutte queste procedure sono estremamente scrupolose e comportano una delicata microchirurgia di organi appena visibili.”
Altri gruppi di ricerca hanno riprodotto questo processo con risultati simili ma non hanno perfezionato la tecnica. Hammerman crede che la ragione sia che, molto semplicemente, quello che stanno facendo è tremendamente difficile.
“Arrivare con il concetto di trapiantare un rene embrionale e pensare che possa diventare vascolarizzato e differenziarsi in un rene perfetto – è un’idea notevole”, dice. “Ma ad un certo punto, il potenziale deve trasformarsi in realtà. E questo è difficile. Ogni passo di un processo scientifico che porta a un’applicazione nelle persone è difficile. La genesi di un’idea è il passo più difficile, ma è più uno sforzo creativo. I passi successivi comportano un sacco di duro lavoro – risolvere un gran numero di problemi, alcuni che ci si aspetta, altri sorprendenti, che sono necessari solo per portare la tecnologia al punto in cui potrebbe essere utile come strumento clinico.”
Anche se il punto in cui trapiantare primordi di reni di maiale negli esseri umani per far crescere nuovi reni è lontano anni, la tecnica è avanzata al punto in cui i nuovi reni cresciuti nei ratti hanno permesso agli animali di vivere per sette-otto giorni dopo che i reni originali sono stati rimossi.
“Il prossimo passo sarà trapiantare primordi di maiale nei primati. Non lo faremo, però, finché non avremo ideato un regime di soppressione immunitaria che permetta la crescita e la differenziazione del rene, e quel nuovo rene dovrà mantenere l’animale in vita per un lungo periodo di tempo”, dice Hammerman.
Trapianto di pancreas
Il passaggio ai primati è già stato realizzato con il lavoro di Hammerman e Rogers di trapianto di pancreas embrionale di maiale come mezzo per trattare il diabete di tipo 1 e 2 negli esseri umani.
“Quando trapiantiamo i primordi del pancreas nei primati, essi si differenziano in cellule beta, che poi si moltiplicano nell’ospite”, spiega Hammerman. “Possiamo curare il diabete nei ratti diabetici e migliorare l’intolleranza al glucosio in un primate diabetico di un bel po’, anche se non siamo stati in grado di curare completamente il diabete a lungo termine; entro un mese o due, il primate richiede insulina. Non penseremo a cercare l’approvazione della FDA per passare alla sperimentazione umana finché non saremo in grado di rendere un primate diabetico che non richiede insulina per almeno sei mesi.”
Hammerman non si è mai considerato una persona paziente prima di iniziare il suo lavoro nell’organogenesi, ma questa caratteristica e uno spirito pionieristico si stanno dimostrando qualità necessarie per lavorare nel campo. “Spesso, quando si fa scienza, è possibile andare in letteratura e trovare qualcuno che ha incontrato un problema simile al tuo e ha trovato un modo per risolverlo”, dice Hammerman. “Non è il nostro caso. Stiamo aprendo la strada, il che significa che ci sono molti tentativi ed errori. Gli esperimenti stessi richiedono molto tempo. Ci vogliono 120 giorni per far crescere un rene di maiale in un ratto, perché questo è il tempo che ci vuole in un maiale. Quindi passano quattro mesi prima di sapere se un esperimento ha funzionato o meno”
Vale la pena spendere tempo e fatica per far crescere reni e pancreas? La risposta di Hammerman è un enfatico “Sì”.
“Ogni anno, circa 10.000 reni diventano disponibili per il trapianto in pazienti con malattia renale allo stadio finale”, dice. “Ma le liste d’attesa per i trapianti di rene possono raggiungere i 100.000 individui. La maggior parte dei pazienti muore a causa della malattia prima che un organo sia disponibile. E se riusciamo a sviluppare una cura di trapianto per entrambi i tipi di diabete, ne beneficerebbero decine di milioni di persone. Sono convinto che le terapie basate sulla crescita di nuovi organi faranno parte della pratica medica tradizionale entro la metà del 21° secolo.”
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