La straordinaria complessità del cervello umano rappresenta una sfida di primo piano per la ricerca biomedica, specie nel tentativo di comprenderne struttura, funzione e patologie. I modelli tradizionali, come colture 2D e modelli animali, mostrano limiti scientifici ed etici.
Gli organoidi cerebrali, derivati da cellule staminali umane, offrono una nuova prospettiva: permettono di ricreare in vitro strutture tridimensionali simil-neurali, con potenziale applicativo nella medicina personalizzata e una possibile riduzione della sperimentazione animale. Tuttavia, il progresso tecnologico solleva anche nuove questioni etiche, estremamente complesse.
Si affacciano, infatti, interrogativi sulla possibile insorgenza di forme rudimentali di coscienza o sensibilità, sebbene ad oggi non ci siano evidenze definitive in tal senso. Inoltre, l’uso degli organoidi solleva interrogativi sullo statuto morale dei modelli stessi: potranno essi acquisire uno status tale da richiedere una protezione specifica? Tali quesiti sono oggi oggetto di dibattito in organismi regolatori e comitati etici, che incoraggiano approcci precauzionali nella ricerca con modelli cerebrali avanzati.
Un articolo recente, pubblicato su Current Opinion in Biotechnology, dal titolo “Engineering organoids as cerebral disease models” esamina gli sviluppi nell’ingegneria degli organoidi cerebrali per la modellizzazione delle malattie, esplorando le sfide scientifiche e le considerazioni etiche fondamentali che accompagnano il loro impiego.
Riprogrammazione cellulare e nascita dei modelli personalizzati
Nello studio si ricorda che la tecnica di riprogrammazione cellulare sviluppata da Shinya Yamanaka, premiata con il Nobel, ha permesso di ottenere cellule staminali pluripotenti indotte a partire da cellule somatiche. Questo approccio ha rivoluzionato la medicina rigenerativa, aprendo la strada a terapie personalizzate e allo sviluppo di modelli in vitro delle malattie umane, tra cui gli organoidi cerebrali. Questi modelli, in grado di replicare difetti genetici su base umana, consentono lo studio approfondito di patologie neurologiche in ambienti controllati e compatibili con tecniche invasive, biobanche e screening farmacologici ad alta efficienza.
Dalla creazione dei primi organoidi cerebrali, i protocolli si sono evoluti significativamente, migliorando la capacità di simulare lo sviluppo e la fisiologia del cervello umano. La possibilità di coltivare tessuto cerebrale in laboratorio rappresenta non solo un’alternativa alla sperimentazione animale, ma anche un’opportunità per superare la scarsità di tessuti umani disponibili per la ricerca.
Un progresso fondamentale nella maturazione strutturale degli organoidi cerebrali è stato raggiunto mediante la riproduzione di identità regionali specifiche del cervello. Attraverso l’impiego di segnali di sviluppo mirati è, infatti, oggi possibile indirizzare la differenziazione cellulare degli organoidi verso aree cerebrali distinte, come cervelletto, mesencefalo e ipotalamo. Questo avanzamento consente di ottenere tessuti cerebrali in vitro con caratteristiche regionali definite, aprendo nuove prospettive per lo studio di patologie neurologiche localizzate. Dal punto di vista etico, la possibilità di simulare regioni specifiche del cervello umano in laboratorio introduce nuove problematiche, soprattutto in relazione al grado di somiglianza funzionale che questi modelli possono raggiungere. Ciò sollecita una riflessione su quali limiti scientifici e normativi debbano essere posti per evitare forme potenziali di coscienza emergente o di attività neurale complessa, anche in assenza di un sistema nervoso centrale completo.
Tecnologie integrate e nuove capacità di controllo
Nell’articolo si segnala che negli ultimi anni l’ingegneria degli organoidi cerebrali ha compiuto notevoli progressi grazie all’integrazione di biosensori e tecnologie optogenetiche e genetiche avanzate. I biosensori consentono di monitorare in tempo reale l’attività neuronale all’interno degli organoidi, risultando fondamentali per lo studio di disturbi neurologici e per valutare l’efficacia di trattamenti farmacologici. Tuttavia, uno dei principali limiti di questi modelli resta la mancanza di vascolarizzazione, che ostacola la crescita e la sopravvivenza cellulare a lungo termine. Per superare questo ostacolo, sono stati sviluppati approcci di ingegneria tissutale che promuovono la formazione di vasi sanguigni attraverso la programmazione diretta di cellule staminali in cellule endoteliali.
Parallelamente, l’uso dell’optogenetica ha introdotto nuove possibilità di manipolazione neuronale: l’inserimento di geni sensibili alla luce consente un controllo spaziale e temporale preciso sull’attività neurale, ampliando la nostra capacità di esplorare lo sviluppo e la funzione cerebrale. L’uso combinato di editing genetico e organoidi cerebrali apre nuove strade per la medicina personalizzata e la ricerca farmacologica.
Una delle frontiere più avanzate della ricerca in questo ambito è rappresentata dai sistemi a induzione controllata, che permettono di attivare in maniera programmata l’insorgenza di una patologia all’interno dell’organoide. Tali sistemi risultano particolarmente promettenti per lo studio delle malattie neurodegenerative, come il morbo di Parkinson (PD). Tradizionalmente, il fenotipo parkinsoniano veniva indotto attraverso l’esposizione a neurotossine specifiche, ma oggi sono stati sviluppati modelli più precisi, in cui l’insorgenza della malattia può essere controllata grazie a tecnologie optogenetiche. In tale ambito è necessario, però, approfondire il rapporto tra innovazione scientifica, responsabilità etica e finalità terapeutica della ricerca, in particolare quando si avvicina al confine tra simulazione biologica e riproduzione funzionale del cervello umano.
Intelligenza artificiale e “organoid intelligence”
L’integrazione recente di strategie basate sull’intelligenza artificiale (IA) nella ricerca biologica sta rivoluzionando anche l’ambito dell’ingegneria degli organoidi e della modellizzazione delle malattie. L’IA è impiegata, in particolare, per l’analisi automatizzata delle immagini e per lo screening farmacologico ad alta capacità, migliorando significativamente la capacità di interpretare e prevedere le risposte ai trattamenti in modelli organoidi. Un’evoluzione della ricerca è rappresentata dal “organoid intelligence”, un campo multidisciplinare che esplora la possibilità di utilizzare organoidi cerebrali come componenti biologici in sistemi di calcolo, in alternativa ai processori tradizionali. Questo approccio prevede l’integrazione tra tessuti cerebrali coltivati in vitro e interfacce neurali uomo-macchina, offrendo una potenziale piattaforma per un’elaborazione dati più efficiente.
La possibilità di generare tessuti cerebrali modello a partire da cellule di pazienti riprogrammate rappresenta una risorsa per lo studio del cervello umano e delle sue patologie, soprattutto in un contesto in cui i campioni biologici disponibili sono estremamente limitati.
Conclusioni
L’avanzamento continuo delle tecnologie ingegneristiche apre scenari promettenti per la ricerca biomedica. Allo stesso tempo l’uso di organoidi cerebrali per finalità computazionali o per simulare fenomeni complessi del sistema nervoso centrale solleva domande su autonomia, coscienza potenziale e finalità della sperimentazione.
È essenziale garantire che tali ricerche si svolgano all’interno dei confini dei principi etici, nel risetto della dignità umana e, pertanto anche del materiale biologico umano. È necessario, inoltre, regolamentare l’uso e definire limiti chiari all’applicazione di tecnologie che si avvicinano alla riproduzione funzionale del cervello umano. Fino a che punto è lecito simulare la struttura e la funzione del cervello umano?
Proprio la somiglianza morfologica e funzionale crescente tra gli organoidi e il cervello umano pone la necessità di utilizzare la massima cautela in tale promettente ambito di ricerca.
Per approfondire:
- Geidies A, Medar ML, Beyer HM. Engineering organoids as cerebral disease models. Curr Opin Biotechnol. 2025 Apr
- Aili Y, Maimaitiming N, Wang Z, Wang Y. Brain organoids: A new tool for modelling of neurodevelopmental disorders. J Cell Mol Med. 2024 Sep
ultimo aggiornamento il 5 Giugno 2025
