La Rivoluzione dei NAMs nella Ricerca Medica
di Laura Calvillo PhD
La transizione verso una scienza senza animali sta vivendo un’accelerazione straordinaria a livello globale, spinta da costanti progressi tecnologici, imperativi etici e storici cambiamenti legislativi. Tra questi spiccano l’approvazione dell’FDA Modernization Act 2.0 negli Stati Uniti e l’impegno formale dell’Agenzia Europea per le Sostanze Chimiche (ECHA) verso un sistema regolatorio in cui si abbandonino progressivamente i test su animali. Al centro di questo cambiamento epocale vi sono le New Advanced Methodologies (NAMs), modelli sperimentali di nuova generazione che stanno ridefinendo la ricerca biomedica e tossicologica. I NAMs rappresentano un radicale cambio di paradigma. Si definiscono come metodologie di nuova generazione che superano i limiti delle classiche colture cellulari, ricreando organi semplificati, strutture 3D e flussi di materiale nutritivo che ricrea la funzione sanguigna.
Il salto quantico rispetto ai modelli tradizionali
Per decenni la ricerca biomedica si è divisa tra esperimenti in vivo sui modelli animali e studi in vitro classici, eseguiti facendo crescere le cellule su superfici piatte di plastica all’interno di flaconi da laboratorio (flask). Entrambi i sistemi hanno permesso eccezionali scoperte scientifiche e sono stati la base dei costanti progressi ottenuti nella biomedicina. Tuttavia, proprio grazie all’applicazione di questi storici modelli, che hanno portato a cure mediche sempre più efficaci, non siamo in grado di rispondere a nuovi e più complessi quesiti, né a curare patologie che stanno emergendo a livello epidemiologico. In questo momento storico, i modelli che hanno permesso un progresso così rapido e senza precedenti nella storia medica mostrano i loro limiti.
Gli animali da laboratorio offrono sistemi biologici integrati ma, proprio perché complessi, introducono troppe variabili difficili da controllare o isolare. Al contrario, le cellule coltivate in modo statico sulle piastre bidimensionali perdono in parte la loro identità biologica: non sono sottoposte a flussi di liquidi, non risentono di stimoli meccanici e sono isolate dal contesto organico. Entrambi i modelli rappresentano la fisiologia umana solo in parte.
Non esistono modelli sperimentali perfetti che replichino esattamente l’organismo umano, ma i NAMs superano in parte questa dicotomia combinando tecnologie d’avanguardia come gli organoidi, gli organi su chip (organs-on-chip), i sistemi microfluidici/millifluidici e la biostampa 3D. Questi strumenti permettono di effettuare osservazioni biologiche con una precisione di dettagli microscopici, cellulari e molecolari fino ad oggi semplicemente impossibile con i vecchi metodi. Non solo riducono drasticamente il numero di animali, ma offrono una fedeltà biologica maggiore, ricreando in modo semplificato l’architettura dinamica e tridimensionale dei veri organi umani sotto flusso continuo.
Una sfida reale: capire l’ipertensione e il dialogo neuroimmune
La necessità stringente di adottare i NAMs emerge chiaramente quando affrontiamo patologie umane estremamente complesse, come l’ipertensione essenziale. Questa condizione non è legata a una singola causa isolata, ma deriva da un fitto e intricato “crosstalk” (dialogo incrociato) tra il sistema nervoso autonomo, il sistema cardiocircolatorio e il sistema immunitario, fortemente influenzato da stress e mediatori infiammatori come l’angiotensina II e varie citochine.
Comprendere questa sofisticata rete biochimica richiede modelli sperimentali rivoluzionari: ambienti che siano abbastanza complessi da riprodurre fedelmente le condizioni fisiologiche (e i flussi) delle cellule negli organi, ma allo stesso tempo abbastanza controllati e lineari da consentire agli scienziati di isolare e discriminare i singoli rapporti biochimici e gli stimoli in gioco.
Grazie a questi sistemi avanzati, i ricercatori sono riusciti a far comunicare in vitro cellule del sistema nervoso umano con cellule del letto coronarico, dimostrando che l’attivazione di determinati pathway molecolari avviene proprio in virtù della loro connessione dinamica. Altri dispositivi d’avanguardia permettono di applicare una pressione idraulica controllata direttamente sopra un monolayer di cellule endoteliali umane. Questo consente di separare nettamente l’effetto puramente meccanico della pressione arteriosa dall’azione chimico-farmacologica degli ormoni. Una scomposizione dettagliata dei meccanismi patologici che i tradizionali modelli animali o le vecchie colture statiche su flask non avrebbero mai potuto concederci, aprendo la strada a una medicina di precisione più sicura, efficiente e più a misura d’uomo [1–5].
Bibliografia
[1] Ahluwalia A, Fletemeyer B, Chirico G, Elezovic A, Neuhaus W, Smith AJ, et al. What’s in a NAM? Lab Anim 2026. https://doi.org/10.1038/s41684-026-01731-8.
[2] Raschi E, Bodio C, Brullo C, Parati G, Meroni PL, Borghi MO, et al. Direct simulation of hypertensive stress on endothelial cells: a streamlined model of in-vitro-hypertension. Front Physiol 2026;16:1724932. https://doi.org/10.3389/fphys.2025.1724932.
[3] Calvillo L, Gironacci MM, Crotti L, Meroni PL, Parati G. Neuroimmune crosstalk in the pathophysiology of hypertension. Nat Rev Cardiol 2019;16:476–90. https://doi.org/10.1038/s41569-019-0178-1.
[4] Marchesi N, Barbieri A, Fahmideh F, Govoni S, Ghidoni A, Parati G, et al. Use of dual-flow bioreactor to develop a simplified model of nervous-cardiovascular systems crosstalk: A preliminary assessment. PLoS ONE 2020;15:1–16. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0242627.
[5] Calvillo L. Editorial: 3Rs approach (replace, reduce and refine animal models) to improve preclinical research. Front Physiol 2022;13:1040575. https://doi.org/10.3389/fphys.2022.1040575.
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