Gli scienziati dell’EPFL hanno creato un modello evolutivo di organoide 3D che riproduce le caratteristiche principali delle prime fasi dello sviluppo degli arti. Essi rivelano come un centro di segnalazione specializzato determini sia l’identità cellulare che l’organizzazione dei tessuti.
Nelle prime fasi dello sviluppo, l’embrione costruisce gli organi del corpo scambiando segnali chimici tra diversi tipi di cellule. Durante la formazione degli arti, una sottile fascia di cellule epiteliali sulla superficie della struttura, chiamata cresta ectodermica apicale (AER), invia segnali che guidano la popolazione sottostante durante la crescita per formare ossa, cartilagine e tessuto connettivo.
L’EAC è difficile da studiare perché si forma solo brevemente nell’embrione e secerne diversi tipi di molecole di segnalazione contemporaneamente. Lo studio di queste interazioni negli embrioni è complesso, per questo gli scienziati si rivolgono spesso agli organoidi. Questi piccoli organi coltivati in laboratorio offrono un mezzo controllato per studiare il comportamento delle cellule e la loro interazione durante la formazione dei tessuti.
Ma la maggior parte dei modelli di organoidi simili agli arti si è concentrata esclusivamente sul mesoderma, ignorando l’EAC e le altre cellule della pelle (ectoderma di superficie) che orchestrano la formazione degli arti. "Senza esaminare le caratteristiche del centro di segnalazione CAE, è impossibile comprendere appieno come vengono coordinati i destini cellulari degli arti o come i tessuti si posizionano nel corpo e acquisiscono la loro forma", spiega il professor Can Aztekin.
All’EPFL, Can Aztekin (ora al Friedrich Miescher Laboratory della Max Planck Society) ha guidato un team che ha prodotto organoidi tridimensionali chiamati "budoidi". Questi mostrano diverse caratteristiche degli arti in via di sviluppo, tra cui la rottura della simmetria (il primo stadio della formazione degli arti) e la formazione precoce della cartilagine. Lo studio è stato pubblicato su Science Advances.
Per creare i budoidi, gli scienziati hanno coltivato colture miste di cellule staminali embrionali di topo che producevano popolazioni di ectoderma di superficie e mesoderma di tipo CAE, cioè tutti i tipi di cellule presenti in un arto in via di sviluppo. Una volta aggregate, queste cellule si sono auto-organizzate in strutture tridimensionali, creando dei budoidi. I ricercatori hanno quindi utilizzato questo sistema per studiare come le cellule di tipo CAE guidano l’organizzazione emergente del tessuto.
Gli scienziati hanno creato i budoidi coltivando colture di cellule staminali miste che formavano naturalmente i principali tipi di cellule coinvolte nelle prime fasi dello sviluppo degli arti. Hanno poi permesso loro di assemblarsi in semplici strutture 3D. Questa configurazione ha permesso di osservare il tessuto che inizia a formare un arto e di distinguere la cartilagine. Sono stati anche in grado di verificare come le cellule simili a quelle del CAE influenzassero questi eventi, scomponendo il sistema e ricostruendolo in modo controllato. Questo ha permesso di capire meglio come i segnali di crescita precoci orchestrino le primissime fasi della formazione dell’arto.
I budoidi offrono un sistema pratico per analizzare come i centri di segnalazione come l’EAC influenzino la formazione precoce dei tessuti. Essi consentono di studiare aspetti dello sviluppo embrionale che in precedenza erano difficili da esaminare, come la coordinazione cellulare e la formazione delle prime strutture e della cartilagine. Le implicazioni vanno oltre la ricerca di base e potrebbero aprire applicazioni mediche relative alla modellazione di malformazioni congenite, alla sperimentazione di sostanze chimiche in grado di influenzare lo sviluppo degli arti e persino alla promozione della rigenerazione.
i budoidi offrono un’alternativa più etica per lo studio dello sviluppo degli arti, un campo che si è basato molto sugli animali", spiega Can Aztekin. Poiché questi metodi basati sulle cellule staminali riproducono le caratteristiche chiave dei tessuti embrionali, molti esperimenti che in precedenza richiedevano un gran numero di embrioni possono ora essere condotti in sistemi organoidi controllati senza l’uso di animali. Ciò consente studi meccanicistici ad alto rendimento e contribuisce a sostituire o a ridurre l’uso di animali nella ricerca sullo sviluppo"
Riferimenti
Evangelia Skoufa, Jixing Zhong, Kelly Hu, Oliver Kahre, Georgios Tsissios, Louise Carrau, Antonio Herrera, Albert Dominguez Mantes, Marion Leleu, Alejandro Castilla-Ibeas, Hwanseok Jang, Martin Weigert, Gioele La Manno, Matthias Lutolf, Marian Ros, Can Aztekin. Centri di segnalazione specializzati dirigono il destino cellulare e l’organizzazione spaziale in un modello di organoide mesodermico. Science Advances 28 novembre 2025. DOI: 10.1126/sciadv.ady7682
