Meno cavie usate per la ricerca. Viaggio tra i metodi alternativi: stampanti 3D, organoidi, Tac in miniatura

MILANO - Un ronzio. Da un ago esce un filamento di gelatina. "Pochi secondi, e questa stampante 3D crea un modello di linfonodo di 5 millimetri. Vi aggiungiamo cellule di leucemia, poi farmaci". In laboratorio diventa così possibile mimare la battaglia dell'organismo umano contro un tumore. Cristina Scielzo, responsabile dell'unità di ricerca su leucemie e modelli 3D al San Raffaele di Milano, stima: "Quando la tecnica sarà a punto, studieremo l'efficacia dei nuovi farmaci sul nostro organo stampato, probabilmente dimezzando le cavie necessarie".  

Da un lato infatti c'è la ricerca di terapie sempre più aggiornate ed efficaci. Dall'altro l'esigenza di risparmiare gli animali usati come cavie. Il loro numero diminuisce con gli anni, ma non quanto vorremmo. In Italia erano 777mila nel 2010 e 553mila nel 2018, ultimo anno con dati ufficiali, tra invertebrati, pesci e roditori. In Europa si è passati dagli 8,8 milioni del 2018 ai 7,9 milioni del 2020 (meno 10%). Il 70% sono topi. Mai come oggi però alla scienza si sta chiedendo di ridurre o addirittura eliminare l'uso di animali per la ricerca. 

La petizione "cavie zero"

Il 25 maggio la Commissione Europea valuterà la petizione di 1,2 milioni di cittadini che chiedono una scadenza per l’uso degli animali nella cosmesi (già vietato in Europa) e per la ricerca scientifica. L'anno scorso gli Usa hanno approvato l'Fda Modernization Act che mira a sostituire, quando possibile, le cavie con i metodi alternativi per la creazione di nuovi farmaci. Richiesta analoga è stata avanzata nel 2021 dal Parlamento Europeo. "La sofferenza degli animali non piace a nessuno. Ma l'obiettivo zero cavie al momento è irraggiungibile. Ricordiamo il caso del talidomide. Non possiamo permetterci di usare direttamente sull'uomo farmaci non sperimentati sugli animali" dice Giuliano Grignaschi, da 3 anni responsabile del settore benessere animale all'università di Milano dopo aver ricoperto lo stesso ruolo 15 anni all'Istituto Mario Negri e portavoce dell'associazione di divulgazione della scienza Research4Life.  

Gli organoidi: riprodurre le malattie in provetta

Gradualmente però stampanti 3D, modelli su computer, organi su chip e organoidi cominciano a prendere piede nei laboratori. Il loro primo obiettivo è migliorare la ricerca, certo. Ma un altro effetto è quello di ridurre - e tanto - il numero delle cavie. Prendiamo lo strumento di Giovanni Tonon, che al San Raffaele dirige il laboratorio di genomica del cancro e il centro di "scienze omiche". Su una piastra poco più grande di una mano ha inserito 384 organoidi di tumore del colon con metastasi al fegato. Ognuno è un cancro in miniatura, prelevato da un vero paziente e fatto crescere in laboratorio fino alle dimensioni di alcuni millimetri.

Questi organoidi riproducono in miniatura l'anatomia dell'organo dal quale provengono. L'intestino per esempio cresce in provetta con tutte le sue anse. "La piastra con gli organoidi di tumore ci permette di testare 384 farmaci o combinazioni di farmaci per trovare in pochi giorni la formula più efficace" spiega Tonon.

Farlo con le cavie? "Impensabile. E poi una malattia come il tumore non te ne darebbe il tempo". "Gli organoidi sono tessuti semplici, è vero. Ma hanno il vantaggio di essere pur sempre tessuti umani, non animali" aggiunge Oronzina Botrugno, specializzata nella ricerca di nuovi farmaci contro il cancro. 

Gli organi su chip

Se studiare un organo alla volta sembra poco, Diego Albani, responsabile dell'Unità di genetica delle malattie neurodegenerative al Mario Negri, in collaborazione col Politecnico di Milano riesce a collegare tessuti diversi come intestino, fegato e cervello usando gli organi su chip.

Su una piastra ci sono varie vaschette. Ogni vaschetta contiene le cellule di un organo. Dei tubicini le collegano, a mimare l'unicum dell'organismo. "Li usiamo per fare ricerca di base e per sperimentare nuovi trattamenti. Abbiamo buone probabilità di intercettare un farmaco tossico a questo stadio, senza farlo procedere fino alla sperimentazione animale". Poi c'è lo studio delle malattie del cervello: "Vogliamo capire come i batteri dell'intestino influenzano l'infiammazione del cervello, causando eventualmente l'Alzheimer. Sono processi che nell'uomo durano decenni. Possiamo imparare qualcosa di più rispetto allo studio sugli animali, che hanno vita breve". 

Ma le cavie restano indispensabili

La tappa finale di una ricerca, quella che porta a una pubblicazione scientifica o all'approvazione di un farmaco da parte delle autorità regolatorie, non può ancora fare a meno degli animali. Ma quel che avviene a monte, grazie ai metodi alternativi, sta vivendo una rivoluzione.

"Non parlerei di metodi alternativi" precisa Luca Guidotti, vicedirettore scientifico, professore di patologia e responsabile dello stabulario del San Raffaele. "E' più corretto il termine metodi complementari. Abbiamo 100mila chilometri di capillari nel corpo umano e nessuno può riprodurne la vera funzione in vitro. La sperimentazione sugli animali non può essere cancellata, o dovremmo fare totalmente a meno di nuovi farmaci". 

I modelli al computer

Non è solo la ricerca medica ad aver bisogno delle cavie. "Pensiamo ai milioni di sostanze sconosciute cui siamo esposti attraverso cibo o ambiente" fa notare Emilio Benfenati, direttore del Dipartimento di ambiente e salute al Mario Negri. "Ce ne sono 25mila registrate in Europa. Altre 1.500 di origine vegetale sono arrivate dai commerci con il resto del mondo. I cosmetici ne usano 40mila. Solo per una piccola percentuale abbiamo dati di tossicità.

Quante cavie dovrebbero esistere per analizzarle tutte? Abbiamo software per effettuare un primo screening sugli effetti nocivi per uomo e ambiente". Benfenati disegna una molecola sullo schermo. "Posso studiarla senza sintetizzarla. Vedo qui un elemento che altera il Dna. Questa molecola è pericolosa. Non arriverebbe neanche a essere testata su una cavia". 

Le cliniche per le cavie

Anche perché il topo è denaro, e per risparmiarne la vita diversi istituti oggi hanno "cliniche per le cavie". Nello stabulario del San Raffaele è al lavoro una risonanza magnetica da 7 tesla (quelle umane arrivano a 3), Tac, Pet ed ecografi adatti ai roditori. Sembra di essere in un ospedale delle bambole.

"Una risonanza così costa in realtà 3 milioni" precisa Guidotti. Tante però sono le vite animali che risparmia. In passato per studiare la progressione di un tumore si uccidevano e analizzavano i topi a cadenze regolari, ai vari stadi della malattia.

"Oggi i radiologi del San Raffaele che la mattina esaminano gli uomini lavorano il pomeriggio con gli animali, senza bisogno di sacrificarli. Abbiamo un patrimonio di 10mila esemplari con il Dna ingegnerizzato per simulare 300 malattie dell'uomo. Il loro valore è di almeno 50 milioni". Nello stabulario si entra con tute, cuffie, maschere, guanti e calzari sterilizzati. I topi eseguono ogni mese test per escludere 80 virus e batteri. "Se un'infezione pericolosa raggiungesse i nostri animali - avverte Guidotti - perderemmo la loro vita e il lavoro di 2mila ricercatori".