Modelli Emergenti di Sviluppo Placentare nell'Uomo e nei Primati Non Umani

La placenta è un organo vitale nello sviluppo di un feto sano, fungendo da ponte tra la madre e il bambino per il trasferimento di nutrienti, gas e sostanze di scarto. Lo studio del trofoblasto, il tipo di cellula che costituisce la maggior parte della placenta, è essenziale per comprendere meglio complicazioni della gravidanza come l'aborto spontaneo, la pre-eclampsia e il ritardo di crescita fetale, condizioni che contribuiscono in modo significativo alle morti materne e perinatali a livello globale.

Origine e Funzioni del Trofoblasto

Il trofoblasto origina dallo strato esterno degli embrioni allo stadio di blastocisti e si sviluppa in tre principali tipi di cellule placentari: i citotrofoblasti, che sono cellule staminali o progenitrici; i sinciziotrofoblasti, che facilitano lo scambio di nutrienti tra madre e feto e svolgono funzioni endocrine; e i trofoblasti extravillosi, che invadono l'utero e rimodellano le arterie spirali materne per garantire un adeguato afflusso di sangue al feto. Questo processo si verifica principalmente nel primo e all'inizio del secondo trimestre di gravidanza, ma studiarlo è sempre stato difficile a causa delle problematiche etiche e tecniche legate all'accesso ai tessuti extraembrionali in questa fase della gestazione.

Modelli in Vitro per lo Studio della Placenta

Negli ultimi anni, sono stati sviluppati diversi modelli in vitro per studiare lo sviluppo placentare, come le cellule staminali del trofoblasto umano (hTSCs) e gli organoidi del trofoblasto. Questi modelli sono stati creati per superare le limitazioni etiche e tecniche legate all'utilizzo di tessuti placentari, permettendo agli scienziati di replicare e studiare le dinamiche cellulari che avvengono durante la gravidanza.
Uno dei principali avanzamenti è stato fatto nel 2018, quando il dottor Hiroaki Okae e colleghi sono riusciti a derivare cellule staminali del trofoblasto da placente umane del primo trimestre e da blastocisti. Queste cellule possono essere utilizzate per studiare diversi aspetti dello sviluppo placentare, inclusa l'invasione dei trofoblasti e il rimodellamento delle arterie uterine. In parallelo, la dottoressa Margherita Turco ha sviluppato modelli di organoidi trofoblastici che riproducono la struttura e la funzione dei villi coriali, permettendo di comprendere meglio l'interazione tra il microambiente uterino e la placenta.

Utilizzo di Cellule Staminali Pluripotenti

Un altro importante sviluppo nel campo dello studio placentare riguarda l'uso di cellule staminali pluripotenti (PSCs), comprese le cellule staminali pluripotenti indotte (iPSCs). Queste cellule offrono la possibilità di modellare sia gli stati normali che patologici della gravidanza, come la pre-eclampsia. Ad esempio, il laboratorio del dottor Thorold Theunissen ha dimostrato che le iPSCs possono essere differenziate in cellule del trofoblasto, permettendo la creazione di organoidi che replicano la struttura placentare.
I modelli di organoidi derivati dalle iPSCs hanno mostrato una sorprendente somiglianza con i modelli derivati da placenta e sono stati utilizzati per studiare fenomeni come l'inattivazione casuale del cromosoma X nelle cellule femminili. Questi modelli rappresentano uno strumento potente per indagare come la diversità genetica possa influenzare lo sviluppo della placenta e come alcuni segnali materni possano regolare la differenziazione e l'invasione dei trofoblasti.

Differenze tra Modelli 2D e 3D

Uno dei temi centrali del dibattito scientifico è la differenza tra i modelli 2D delle hTSCs e gli organoidi 3D. Le linee di hTSCs in 2D sembrano rappresentare una popolazione rara di trofoblasti identificata negli atlanti a singola cellula delle placente del primo trimestre, mentre gli organoidi 3D presentano una popolazione cellulare eterogenea che include uno stato progenitore espanso. Nonostante queste differenze, entrambi i modelli si sono dimostrati efficaci nel rappresentare le traiettorie di differenziazione verso i sinciziotrofoblasti e i trofoblasti extravillosi.

Sfide e Prospettive Future

Nonostante i progressi significativi, ci sono ancora molte sfide da affrontare nello studio della placentazione umana. Una delle principali questioni riguarda la riproducibilità dei risultati ottenuti con i modelli in vitro, che dipende in gran parte dalla standardizzazione dei protocolli. Un altro problema cruciale è la necessità di benchmarking di questi modelli rispetto ai tessuti in vivo per garantire che i risultati ottenuti siano rilevanti e accurati.
Il prossimo passo per il progresso in questo campo sarà quello di sviluppare metodi standardizzati per far crescere e modellare le interazioni tra cellule del trofoblasto e cellule non trofoblastiche, in modo da ricreare in modo più preciso le condizioni dell'interfaccia materno-fetale. Questo includerà il miglioramento dei sistemi di co-coltura e la ricreazione di barriere sinciziali intatte, cruciali per comprendere il trasferimento di nutrienti e la comunicazione tra madre e feto.

Conclusioni

Negli ultimi anni, il campo dello studio della placentazione umana ha compiuto enormi passi avanti grazie all'uso di modelli in vitro come le hTSCs e gli organoidi trofoblastici. Questi modelli hanno permesso di esplorare aspetti chiave dello sviluppo placentare che in precedenza erano difficili da studiare a causa delle limitazioni etiche e tecniche. Tuttavia, la necessità di protocolli riproducibili e di una maggiore comparazione con i tessuti in vivo rimane cruciale per migliorare la nostra comprensione e per sviluppare trattamenti efficaci per le complicazioni della gravidanza. Il futuro della ricerca sulla placenta si baserà sulla capacità di modellare in modo più preciso le interazioni complesse che si verificano nell'ambiente uterino, garantendo così un miglioramento della salute materno-fetale.