Alcune startup della Silicon Valley stanno cercando di riscrivere le regole della riproduzione.
di Antonio Regalado
Alcuni anni fa, un giovane del panorama tecnologico californiano ha iniziato a fare la sua comparsa nei principali laboratori di biologia che stavano decifrando i segreti degli embrioni e avevano un particolare interesse per come si formano gli ovuli. Alcuni pensavano che se ne avessero scoperto il funzionamento, sarebbero stati in grado di copiare il meccanismo e trasmutare qualsiasi cellula in un ovulo.
Questo giovane, Matt Krisiloff, non conosceva la biologia e aveva solo 26 anni, ma aveva già guidato un programma di ricerca presso Y Combinator, il famoso incubatore di startup a San Francisco che è stato uno dei primi finanziatori di aziende come Airbnb e Dropbox, ed era ben collegato a ricchi investitori tecnologici.
Krisiloff aveva anche un interesse specifico per la tecnologia degli ovuli artificiali. È gay e sapeva che teoricamente una cellula di un uomo potrebbe essere trasformata in un ovulo. Se mai fosse possibile, due uomini potrebbero avere un figlio geneticamente imparentato con entrambi. “Mi interessava l’idea di poter rispondere alla domanda: ‘Quando le coppie dello stesso sesso potranno avere figli?'”, dice Krisiloff. “Pensavo che questa fosse la tecnologia promettente per farlo.”
Oggi Conception, l’azienda fondata da Krisiloff, è la più grande impresa commerciale che persegue la cosiddetta gametogenesi in vitro, che si riferisce alla trasformazione delle cellule adulte in gameti, spermatozoi o cellule uovo, Impiega 16 scienziati e ha raccolto 20 milioni di dollari da noti personaggi della tecnologia tra cui Sam Altman, CEO di OpenAI ed ex presidente di Y Combinator, Jaan Tallinn, uno dei fondatori di Skype, e Blake Borgeson, cofondatore di Recursion Pharmaceuticals.
L’azienda sta cercando di produrre ovuli sostitutivi per le donne. È scientificamente più facile che produrre ovuli da cellule maschili e ha un mercato ovvio. Le persone stanno avendo figli più avanti nella vita, ma la fornitura di ovuli sani di una donna scende a picco nel corso dei suoi 30 anni. È uno dei motivi principali per cui i pazienti frequentano le cliniche per la fecondazione in vitro.
Conception prende le mosse dalle cellule del sangue di donne donatrici e sta cercando di trasformarle nella prima prova di fattibilità dell’ovulo umano realizzato in laboratorio. L’azienda non l’ha ancora fatto, né c’è riuscito nessun altro. Ci sono ancora enigmi scientifici da superare, ma Krisiloff ha inviato un’e-mail a chi appoggia l’idea all’inizio di quest’anno dicendo che la sua startup potrebbe essere “la prima al mondo a raggiungere questo obiettivo in un futuro non troppo lontano”. A suo parere, gli ovuli artificiali “potrebbero diventare una delle tecnologie più importanti mai create”.
Non è un’esagerazione. Se gli scienziati possono generare scorte di ovuli, infrangerebbero le regole della riproduzione come le conosciamo. Le donne senza ovaie a causa di un cancro o di un intervento chirurgico, per esempio, potrebbero essere in grado di avere figli biologicamente imparentati. Inoltre, gli ovuli prodotti in laboratorio annullerebbero i limiti di età sulla fertilità femminile, consentendo alle donne di avere figli a 50, 60 anni o anche oltre.
La prospettiva di ovociti a partire da un prelievo di sangue divide dal punto di vista etico. Il processo per produrre ovuli da cellule staminali ha richiesto tessuto fetale umano. E se la riproduzione è dissociata dal decorso “naturale” della vita, potrebbero verificarsi scenari non familiari. Apre la porta non solo alla riproduzione da parte di coppie dello stesso sesso, ma forse anche per un individuo di generare una prole.
Più realisticamente, poiché la tecnologia potrebbe trasformare gli ovuli in una risorsa artificiale, potrebbe favorire lo sviluppo dei bambini a richiesta. Se i medici possono produrre mille ovuli per un paziente, saranno anche in grado di fecondarli tutti e testarli per trovare i migliori embrioni risultanti, valutando i geni più adatti allo sviluppo della salute o l’intelligenza future.
Un tale processo di laboratorio consentirebbe anche l’editing genetico senza restrizioni con strumenti di ingegneria del DNA come CRISPR. Come ha affermato Conception in una presentazione inviata all’inizio di quest’anno, l’azienda prevede che gli ovuli artificiali potrebbero consentire “la selezione genomica su larga scala e l’editing degli embrioni”.
“Se potessi selezionare in modo significativo il rischio del Parkinson e dell’ Alzheimer”, dice Krisiloff, “penso che tutti accetterebbero l’idea”. I potenziali profitti commerciali e sanitari potrebbero essere enormi. Per ragioni scientifiche, trasformare la cellula di un uomo in un ovulo sano dovrebbe essere più difficile, e Conception non ci ha ancora provato. Ma fa anche parte del piano aziendale dell’azienda.
Forse, quando Krisiloff sarà pronto a mettere su famiglia, due uomini saranno in grado di contribuire equamente al corredo genetico di un embrione di fecondazione in vitro. Una madre surrogata potrebbe quindi portare a termine la gravidanza. “Penso che sarà possibile”, ha detto Krisiloff a “MIT Technology Review”. “È questione di quando, non di se”.
Cellule dalla coda di topo
Il primo passo della nuova tecnologia è prendere una cellula da un adulto, per esempio un globulo bianco, e convertirla in una potente cellula staminale. Questo processo si basa su una scoperta vincitrice del premio Nobel, chiamata riprogrammazione, che consente agli scienziati di indurre qualsiasi cellula a diventare “pluripotente”, vale a dire in grado di formare qualsiasi altro tipo di tessuto. Il passo successivo sarà persuadere le cellule staminali indotte a diventare ovuli il cui corredo genetico corrisponderebbe a quello del paziente.
È il secondo passaggio che rappresenta la sfida scientifica. Alcuni tipi di cellule sono molto facili da realizzare in laboratorio: si lasciano le cellule staminali pluripotenti in un piatto per alcuni giorni e alcune inizieranno spontaneamente a battere come il muscolo cardiaco. Altri diventeranno cellule adipose. Ma un ovulo potrebbe essere la cellula più difficile da produrre. È enorme, una delle cellule più grandi del corpo. E anche la sua struttura biologica è unica. Una donna nasce con il suo intero assortimento di ovuli e non ne produce mai più.
Nel 2016, una coppia di scienziati in Giappone, Katsuhiko Hayashi e il suo mentore Mitinori Saitou, sono stati i primi a convertire le cellule della pelle dei topi in ovuli fertili, completamente al di fuori del corpo. Hanno riferito che, partendo dalle cellule di una coda tagliata, le hanno indotte in cellule staminali, che hanno poi diretto lungo il percorso per diventare uova. Quindi, per completare il compito, hanno incubato queste proto-uova insieme al tessuto raccolto dalle ovaie dei feti di topo per costruire mini ovaie.
“Non è un problema che si può risolvere con la piastra di Petri. Questo tipo di cellule dipendono dal posto che occupano nell’organismo”, afferma David Albertini, embriologo della Bedford Research Foundation. “Quindi si tratta di creare una struttura artificiale che possa ospitare il processo”.
Un visitatore inaspettato
Fu un anno dopo la scoperta del topo in Giappone che Krisiloff iniziò a visitare i laboratori di biologia per scoprire se il processo potesse essere ripetuto negli esseri umani. Si è presentato a Edimburgo nel Regno Unito, ha chattato con i professori in Israele e si è recato anche al centro di Hayashi all’Università di Kyushu, a Fukuoka. È lì che ha incontrato Pablo Hurtado González, un biologo che avrebbe fondato Conception insieme a lui. Un terzo cofondatore, Bianka Seres, un’embriologa che lavorava in una clinica per la fecondazione in vitro, si è successivamente unita al team.
Krisiloff, laureato all’Università di Chicago, era stato fino a quel momento il direttore di Y Combinator Research, dove aveva lanciato un progetto per fornire un reddito mensile di base a chi studiava nell’area di San Francisco. Y Combinator è la startup Academy più famosa al mondo. L’idea del suo progetto di ricerca era quella di offrire denaro senza alcun vincolo come strategia per prepararsi a un futuro in cui i posti di lavoro sono affidati all’automazione.
Krisiloff dice di essersi dimesso da quel ruolo dopo aver iniziato a frequentare Altman, che all’epoca era il presidente di Y Combinator. Sebbene il rapporto non sia durato, il cambio di lavoro gli ha permesso di impegnarsi a tempo pieno alla nascente impresa, con un investimento iniziale da parte di Altman. L’azienda si chiamava originariamente Ovid Research e solo questo mese ha cambiato nome in Conception.
Alcuni ricercatori hanno intuito che i giovani imprenditori non avevano le idee chiare. La scienza della gametogenesi in vitro è dominata da un piccolo gruppo di ricerca universitaria che da anni lavora sul problema. “Quando ho parlato con loro, non avevano idea, assolutamente nessun indizio, su come avviare un progetto”, afferma Albertini. “Mi hanno chiesto che tipo di attrezzatura comprare”.
Un altro scienziato che Krisiloff ha conosciuto è stata Jeanne Loring, biologa delle cellule staminali dello Scripps Research Institute. Lavorando con lo zoo di San Diego, Loring aveva precedentemente congelato le cellule di uno degli ultimi rinoceronti bianchi settentrionali, una specie in via d’estinzione. Era interessata alla tecnologia per la produzione di ovuli per cercare di mantenere in vita questo tipo di animale. “Sono giovani e ottimisti e hanno soldi in tasca, quindi possono muoversi senza condizionamenti” afferma Loring.
Quello che Krisiloff sapeva per certo era che la tecnologia riproduttiva poteva avere lo stesso tipo di attrazione per gli investitori tecnologici dell’intelligenza artificiale o dei razzi spaziali. Come afferma l’endocrinologo riproduttivo della Stanford University Barry Behr: “In questi giorni se scrivi ‘fertilità’ su un pezzo di cartone e lo porti a Sand Hill Road, puoi ottenere un finanziamento”.
Il problema con i gameti artificiali è che non ci sarà un prodotto medico per molti anni e ci sono responsabilità complesse, come quella relativa a di chi è la colpa se un eventuale bambino non è normale. Krisiloff non li vedeva come ostacoli all’organizzazione di un’azienda. In effetti, crede che più startup dovrebbero cercare di risolvere problemi scientifici ostici e che le scoperte possano avvenire più velocemente in un ambiente commerciale. “La mia tesi è che potrebbero esserci molti più finanziamenti se le persone trasformassero le organizzazioni di ricerca in entità a scopo di lucro”, afferma. “Sono un grande sostenitore della ricerca di base in corso in un contesto aziendale”.
Il tessuto fetale è argomento divisivo
L’azienda di Krisiloff non ha mai pubblicato un comunicato stampa né cercato l’attenzione del pubblico. Questo perché la sua squadra non ha ancora creato un ovulo umano e non vuole essere visto come un promotore di chimere biologiche. Conception, afferma Krisiloff, sta ancora cercando di raggiungere il suo primo punto di riferimento tecnico, ovvero produrre un ovulo umano e un processo brevettato per realizzarlo.
Si tratta dello stesso obiettivo di ricercatori accademici come quelli in Giappone che hanno prodotto ovuli di topo. Ma ripetere l’impresa con le cellule umane è scoraggiante perché il percorso prevede l’imitazione dei passaggi naturali con cui si sviluppano gli ovuli e gli esperimenti possono durare quasi quanto una gravidanza. Non è un problema per i topi, che nascono in 20 giorni, ma negli esseri umani ogni esperimento potrebbe richiedere mesi.
Quando ho incontrato Saitou e Hayashi, nel 2017, mi hanno detto che copiare la tecnologia utilizzata nei topi presentava un’altra difficoltà non di poco conto. Ripercorrere esattamente gli stessi passi richiederebbe cellule follicolari da embrioni o feti umani di settimane. L’unica alternativa sarebbe imparare a produrre anche queste necessarie cellule di supporto a partire dalle cellule staminali. Un’operazione molto complessa, a loro parere.
A Conception, gli scienziati hanno iniziato provando l’approccio del tessuto fetale, che ritenevano fosse il modo più veloce per capire la fattibilità di un ovulo. Krisiloff si è impegnato molto per ottenere il materiale, a un certo punto anche twittando direttamente ai fornitori di tessuti di aborti. Ha anche cercato collaborazioni con UCLA e Stanford, anche se queste iniziative non hanno avuto successo. Ha rifiutato, comunque, di dire dove Conception ottiene attualmente le sue donazioni di tessuti.
La ricerca sul tessuto fetale è legale, ma estremamente delicata, e per una parte del pubblico è più che ripugnante. Durante l’amministrazione Trump, i funzionari sanitari hanno innalzato nuove barriere, incluso chiedere agli antiabortisti di rivedere le sovvenzioni. Krisiloff afferma che l’azienda utilizza ancora tessuto fetale umano, ma ora è spesso studiato per comprendere i segnali molecolari che caratterizzano i tipi di cellule chiave in modo che gli scienziati possano provare a ricrearli dalle cellule staminali.
“Abbiamo lavorato in una certa misura con il tessuto umano primario, ma è un terreno da abbandonare”, ha detto Krisiloff a “MIT Technology Review”. “Non vale la potenziale controversia, a causa di come le persone si sentono riguardo a questo argomento. Preferirei essere battuto sul tempo e lavorare in un modo che derivi tutto dalle cellule staminali”. Finora, nessuno ha realizzato un organoide delle ovaie umane interamente da cellule staminali. Ma quest’estate, il gruppo di Hayashi è riuscito a farlo sui topi.
In un rapporto sulla rivista “Science”, pubblicato a luglio, il suo team ha riportato “la ricostituzione di strutture follicolari funzionali che sono pienamente in grado di supportare la produzione di ovociti”. Hanno anche spiegato perché è importante un sistema completamente artificiale: “Non richiedendo gonadi embrionali, la metodologia apre la possibilità di applicazione in altre specie di mammiferi con minori preoccupazioni etiche e tecniche”.
“Sì, ci sono voluti quattro anni”, ha scritto Hayashi. Ha aggiunto che lui e Saitou ora stavano provando a ripetere la costruzione di mini-ovaie con cellule staminali umane, anche con l’obiettivo di usarle per far crescere un ovulo. Qiuesto lavoro è finanziato dal governo giapponese e anche dagli americani, tramite 6,5 milioni di dollari in sovvenzioni da Good Ventures, l’organizzazione benefica avviata dal cofondatore di Facebook Dustin Moskovitz e da sua moglie, Cari Tuna.
Il ruolo delle startup
Secondo “MIT Technology Review”, tre startup stanno ora perseguendo la tecnologia per la produzione di ovuli negli Stati Uniti. Oltre a Conception, c’è Ivy Natal, che opera nello spazio IndieBio di San Francisco. Una terza azienda, chiamata Gameto, è stata costituita da Martín Varsavsky, un imprenditore e fondatore della più grande catena di cliniche per la fertilità del paese. Entrambi i concorrenti di Conception sperano anche di trasformare le cellule staminali in ovuli, ma vogliono trovare modi più rapidi per farlo, attivando il giusto set di geni, selezionati al computer.
Gameto ha raccolto solo 3 milioni di dollari, ma i suoi finanziatori sono autorevoli. Includono Anne Wojcicki, CEO di 23andMe; Brian Armstrong, CEO di Coinbase e Caterina Fake, l’angelo investitore e cofondatrice di Flickr. L’attività principale dell’azienda finora è quella di supportare un ricercatore dell’Università di Harvard di nome Pranam Chatterjee, che lavora nel laboratorio del genetista George Church.
La strategia di Chatterjee prevede lo sviluppo di grandi database di fattori di trascrizione. Questi sono i segnali che determinano quale identità assume una cellula. Attivando i fattori giusti in una cellula staminale, l’approccio a volte può produrre direttamente il tipo di cellula desiderato, entro pochi giorni. Church afferma che la strategia si è rivelata “50 volte più veloce” di altri metodi. Hanno ancora bisogno di sapere quali geni sono attivi nelle ovaie di un embrione nelle diverse fasi di una gravidanza, per cercare di copiare i modelli, ma Church dice che le informazioni sono “pubblicamente disponibili” e non hanno bisogno di prendere in considerazione tessuto abortivo.
Il laboratorio di Harvard è ancora in attesa di una definitiva approvazione etica prima di procedere con gli esperimenti sulla produzione di ovuli. Secondo un accordo di finanziamento, Harvard e Gameto divideranno la proprietà di qualsiasi “ricetta” per la produzione di ovuli che svilupperanno, afferma Church. Il fatto che nessuna di queste startup sia molto grande riflette i considerevoli rischi scientifici ed etici ancora coinvolti nella tecnologia.
Ancora 15 anni
Molti ricercatori accademici credono ancora che produrre ovuli sia un’impresa che non dovrebbe essere affrettata. Tra questi, i biologi in Giappone che per primi hanno trasformato le cellule della coda di un topo in ovuli e poi in topi. L’anno scorso, Hayashi mi ha detto che le iniziative commerciali che cercano di copiare la tecnica negli esseri umani potrebbero essere “premature”.
Lo scienziato giapponese ha detto che si preoccupa delle conseguenze mediche della creazione di un essere umano in questo modo. Ha avvertito che mentre i topi degli ovuli artificiali sembrano sani e hanno persino i loro cuccioli di topo, potrebbero avere “anomalie criptiche” o difetti nascosti. Prima che qualcuno rischi di creare un essere umano da un ovulo artificiale, è necessario un ampio dibattito sociale, molta più ricerca e test di sicurezza approfonditi, hanno scritto lui e Saitou su “Science” di questo mese.
Il sito web di Conception afferma che la sua tecnologia “potrebbe consentire alle coppie maschio-maschio di avere figli biologici”, ma questo tipo di procedura è ancora meno certo. Il team di Hayashi in Giappone ha riferito di produrre ovuli da cellule di topo maschio, ma è un processo molto inefficiente. Il loro sviluppo è “gravemente disturbato” dai geni presenti sul cromosoma Y maschile che inibiscono la formazione degli ovuli, anche se i ricercatori possono correggere tali squilibri con l’ingegneria genetica.
Per la riproduzione femmina-femmina, il problema è opposto. Le cellule femminili hanno due cromosomi X, ma nessuna copia del cromosoma Y. “Se non hai un cromosoma Y non puoi produrre sperma, perché ci sono geni sul cromosoma Y essenziali per questo”, afferma Kyle Orwig, ricercatore e specialista in biologia dello sperma presso l’Università di Pittsburgh. Sembra che ci siano modi per aggirare questa barriera; nel 2018, scienziati cinesi hanno riferito di aver costruito topi con due madri. Ma l’operazione ha comportato una serie da capogiro di manipolazioni di laboratorio tutt’altro che naturali.
I medici che si occupano di fertilità stanno già prestando attenzione a ciò che sta arrivando. La scorsa settimana al meeting annuale dell’American Society for Reproductive Medicine, a Baltimora, le presentazioni sulla gametogenesi artificiale e l’editing genetico hanno dominato le sessioni plenarie. “È straordinariamente esplicito”, afferma Ben Hurlbut, sociologo della scienza dell’Arizona State University, che era presente all’incontro. “Stanno parlando di come in futuro sposteremo la riproduzione completamente al di fuori del corpo umano”.
Dimostrare che è possibile produrre ovuli in laboratorio, tuttavia, è solo un primo passo, e forse il più semplice. Anche se i ricercatori potessero generare ovuli, dovrebbero dimostrare che sono sicuri da usare. Il passo successivo sarebbe fertilizzare gli ovuli prodotti e vedere se gli embrioni umani che ne risultano si sviluppano normalmente in un piatto da laboratorio.
Se gli embrioni di fecondazione in vitro ottenuti da ovuli artificiali sembrano normali, si potrebbe concludere che è sicuro procedere. Questo è ciò che pensa Varsavsky. “Il percorso è creare embrioni, testarli geneticamente e vedere se è possibile rilevare qualche differenza tra un embrione ottenuto in questo modo e il sistema tradizionale. La FDA dovrebbe approvare un simile percorso”, afferma.Greely dice di essere preoccupato che medici ambiziosi si precipitino a testare la tecnologia troppo presto, come quello che è successo quando i ricercatori hanno creato i primi bambini geneticamente modificati in Cina nel 2018. Nel suo discorso alla convention dei medici che si occupano di fertilità la scorsa settimana, Greely ha detto di credere che ci vorranno 15 anni prima che la tecnologia possa essere ampiamente utilizzata. Li ha esortati a procedere con cautela prima di provare gli ovuli artificiali per generare scimmie e forse anche scimpanzè.
(rp)
