Con i «Lego molecolari» ottenuto in laboratorio un tessuto nervoso in 3D


Un modello di tessuto nervoso ibrido, di media complessità, che consente di testare varie terapie in laboratorio in modo da diminuire il ricorso alla sperimentazione animale e eseguire in laboratorio test su diversi tipi di terapie, in maniera più veloce e più controllata rispetto alla sperimentazione animale stessa. Ad ottenere il promettente risultato che ha meritato la pubblicazione sulla rivista scientifica Pnas, un team tutto italiano. «Idrogeli multi-funzionalizzati supportano la maturazione di cellule staminali neurali umane in colture cellulari tridimensionali e la rigenerazione nervosa in lesioni al midollo spinale»: questo il titolo della ricerca realizzata dagli esperti del CNTE (Center for Nanomedicine and Tissue Engineering), co-supportato dall’IRCCS Casa Sollievo della Sofferenza di San Giovanni Rotondo, da Revert Onlus, dall’ASST Grande Ospedale Metropolitano Niguarda di Milano e con la collaborazione dell’Università di Milano-Bicocca. La ricerca, di cui è responsabile il dottor Fabrizio Gelain (co-direttore del CNTE insieme al professor Angelo Vescovi), ha portato allo sviluppo in laboratorio di un tessuto ibrido composto da cellule nervose umane ottenute da cellule staminali neurali e da innovativi biomateriali di natura biologica, ma progettati e sintetizzati in laboratorio.

I «Lego» molecolari

Questi gel, chiamati peptidi auto-assemblanti sono stati progettati «su misura», sia in termini di proprietà meccaniche sia di grado di interazione con le cellule, così da mimare la matrice che compone il tessuto nervoso. In questo modo è stato possibile ottenere una rete tridimensionale di neuroni e altre cellule del tessuto nervoso in grado di crescere e maturare in laboratorio. Questa struttura è stata poi testata in lesioni sub-acute al midollo spinale, ed ha portato ad un miglioramento in termini di efficienza del trapianto, di recupero motorio e di rigenerazione del tessuto lesionato negli animali trattati. «Va sottolineato come avendo scelto di utilizzare sia cellule già impiegate in test clinici sia biomateriali biocompatibili, sintetici e composti al 99% da acqua, questo mix di cellule e biomateriali, risulta potenzialmente utilizzabile in clinica in futuro — scrivono gli autori —. Questa “produzione sartoriale” nei confronti della patologia di interesse, in questo caso delle lesioni midollari, potrebbe ispirare altre terapie promettenti per la medicina rigenerativa anche nell’ambito della ricostruzione di pelle, cartilagine e di tessuto cardiaco infartuato».

Strutture cellulari complesse

I peptidi auto-assemblanti (SAP) sono da tempo il fiore all’occhiello della nanomedicina internazionale applicata alla ricostruzione dei tessuti biologici grazie alle loro uniche qualità come biocompatibilità, purezza e versatilità. Come spiegano i ricercatori: «Nello studio si dimostra per la prima volta che con tali materiali interamente sintetici e progettati a livello molecolare in laboratorio è possibile ottenere strutture cellulari nervose complesse, dotate di attività elettrica, ottenute da cellule staminali neurali umane. Ciò consente di avere un modello di network di cellule nervose in laboratorio in cui testare futuri farmaci, minimizzando così la sperimentazione animale, ma soprattutto costituisce un primo “patch” nervoso potenzialmente utilizzabile in clinica in futuro. Difatti da un lato sono stati utilizzati solo componenti già approvati in tal senso (es. cellule staminali neurali umane, materiali peptidici sintetici), evitando ad esempio ogni derivato animale, e dall’altro si è visto come effettivamente quando tale “patch” viene fatto maturare in laboratorio e successivamente trapiantato in lesioni al midollo spinale incrementa la rigenerazione nervosa». Tutto ciò dimostra come, grazie alla tecnologia dei peptidi auto-assemblanti, è possibile customizzare un biomateriale per la specifica applicazione e probabilmente, in futuro, anche per il paziente.

Colture cellulari 3D e ingegneria dei tessuti

Le colture cellulari 3D si prefiggono, tra le altre cose, di poter realizzare in laboratorio modelli di tessuto utili a predire l’effetto che avrebbero farmaci o materiali una volta utilizzati nell’organismo: affinare tali modelli consente di diminuire significativamente la sperimentazione animale e di migliorare la nostra comprensione di meccanismi legati alla biologia dello sviluppo e a quella cellulare in generale. Al tempo stesso lo scopo dell’ingegneria dei tessuti è di ripristinare le funzionalità perse di un organo o tessuto a seguito di trauma o patologia. «Il denominatore comune alle strategie adottate nell’ingegneria dei tessuti è l’impiego di biomateriali, eventualmente “caricati” con cellule, che siano ben tollerati dal paziente e che siano in grado di fornire, una volta impiantati, un microambiente favorevole alla rigenerazione del tessuto esistente prima della lesione. Questa ricerca apporta pertanto un contributo significativo in entrambi gli ambiti».

I prossimi (potenziali) sviluppi

Che cosa potrà accadere in futuro? «Intendiamo avviare una sperimentazione in un modello in vivo più simile all’uomo, perché tutto quello che abbiamo ottenuto potrebbe essere potenzialmente utilizzato in ambito clinico . Quindi il nostro non è un lavoro di ricerca di base ma vogliamo traslarlo nella clinica», spiega il dottor Gelain. «La missione prioritaria del CNTE è sempre stata quella della ricostruzione delle lesioni croniche e sub-acute al midollo spinale — continua —. Rispetto al precedente lavoro in quest’ambito pubblicato anni fa ora si hanno due preziosissimi vantaggi: poter utilizzare bioprotesi interamente composte da peptidi customizzati, cioè progettate specificatamente per la rigenerazione del midollo spinale; avere sondato le nuove potenzialità offerte dal trapianto di cellule staminali neurali umane pre-differenziate. Questi miglioramenti devono ora essere combinati per finalizzare la nostra ricerca preclinica prima dell’avvio, in caso di esito positivo, della sperimentazione clinica in pazienti mielolesi. Inoltre, vista la trasversalità della tecnologia di questi biomateriali innovativi, è oramai ben avviata la formazione di un network di ricerca di eccellenza con altri gruppi di ricerca con lo scopo di sviluppare nuove bioprotesi per la rigenerazione di altre lesioni nervose (come il trauma cranico), di altri tessuti (pelle, cuore) e per il miglioramento di terapie cellulari già utilizzate in clinica (ad esempio, il trapianto di isole pancreatiche)».

Qualche dato sulle lesioni midollari in Italia e nel mondo

In Italia, secondo dati forniti da varie associazioni di pazienti, vivono circa 100mila mielolesi. L’epidemiologia e la letteratura scientifica affermano che ogni anno sul nostro territorio nazionale ci sono circa 1.200 nuovi casi di lesione midollare; ciò significa che ogni giorno, solo nel nostro Paese, almeno tre persone diventano para o tetraplegiche. Questo dato, per altro, è analogo a quello di altri paesi dell’Unione Europea. Ogni anno quindi vi sono circa 3 – 4 nuovi casi di paraplegia ogni 100mila abitanti. Circa la metà di questi casi ha subito un grave trauma stradale, il 10% un trauma sportivo mentre nel 20% l’origine della lesione è un infortunio sul lavoro o una caduta, nel 15% una malattia neurologica o altre cause ed infine nel 5% la causa è stata scatenata da una ferita d’arma da fuoco o da tentato suicidio. Nel mondo vi sono circa 2.5 milioni di persone mielolese, con 130mila nuovi pazienti ogni anno.

Chi ha finanziato la ricerca

La ricerca è stata ed è tuttora supportata dall’IRCCS Casa Sollievo della Sofferenza di San Giovanni Rotondo, dall’ASST Grande Ospedale Metropolitano Niguarda di Milano e dalle Associazioni Revert e Vertical. «Il risultato conseguito con questo lavoro è un tassello prezioso che si va ad aggiungere agli altri importanti risultati da noi ottenuti in quasi due decenni nell’ambito della nanomedicina, della scienza dei materiali e soprattutto della neuro-rigenerazione — dice Fabrizio Gelain, responsabile della ricerca — : abbiamo con pazienza e caparbietà composto un mosaico unico nel suo genere. Sta a noi ora verificare se anche gli ultimi pezzi andranno finalmente al loro posto». «Da ultimo — continua Gelain — è doveroso ringraziare da un lato l’impegno di giovani promettenti come Amanda Marchini ed Andrea Raspa, co-primi autori della ricerca, e dall’altro il supporto e la lungimiranza di Casa Sollievo della Sofferenza, dell’Ospedale Niguarda e di Revert Onlus che sostengono l’attività del Centro di Nanomedicina ed Ingegneria dei Tessuti da diversi anni».

25 marzo 2019 (modifica il 25 marzo 2019 | 09:42)

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Autore dell'articolo: admin