Il modello di microfluidica a stampa 3D dei ricercatori italiani della barriera emato-encefalica è il più preciso finora
La combinazione della stampa 3D con la tecnologia della microfluidica è un campo di ricerca che continua a progredire , con tutti i tipi di lavoro pionieristico che offre il potenziale per trattamenti medici e altre applicazioni cruciali. L’ultima svolta è stata raggiunta da un team di ricercatori in Italia, che sono riusciti a replicare la barriera emato-encefalica a un livello di accuratezza senza precedenti. Il loro modello di microfluidica bioibrido stampato in 3D riproduce fedelmente i microcapillari del sistema neurovascolare, in scala 1: 1, per la prima volta in assoluto.
Il progetto di ricerca è stato dettagliato in un documento intitolato “Un modello 3D in scala reale, biomimetico e bioibrido della barriera emato-encefalica fabbricata attraverso la litografia a due fotoni”, pubblicata sulla rivista Small .
Il trattamento farmaceutico delle malattie cerebrali e delle condizioni neurodegenerative, come il morbo di Alzheimer o di Parkinson, è un settore in cui molte istituzioni pubbliche e private stanno riversando molte risorse. È una sfida per molte ragioni, in particolare a causa dell’inaccessibilità del sistema nervoso centrale ai test. Questo è il motivo per cui modelli molto accurati come quelli microfluidici sono molto importanti, come un modo per ovviare a questo problema. Uno dei principali problemi attualmente affrontati dalla ricerca in questo campo è che è difficile identificare esattamente quali meccanismi biochimici sono coinvolti nell’incrocio di determinate sostanze e molecole sulla barriera emato-encefalica.
Secondo Gianni Ciofani, professore associato presso il Politecnico di Torino e ricercatore principale del gruppo Smart Bio-Interfaces dell’Italian Institute of Technology, ” Il bioibrido BBB sviluppato nei nostri laboratori consente di effettuare screening ad alto rendimento di diversi farmaci / composti / nanovettori, e di valutare la loro capacità di attraversare il BBB … Inoltre, la nostra piattaforma bio-ibrida permette di studiare rigorosamente l’incrocio BBB evitando l’uso di modelli animali, superando così le problematiche legate alla scarsa accessibilità del cervello e limitazione di importanti preoccupazioni etiche “.
Il sistema è indicato come bio-ibrido a causa della combinazione di elementi artificiali e biologici nel modello. I capillari sono costituiti da microtubi, stampati in 3D usando la tecnica della litografia a due fotoni e cellule endoteliali che crescono attorno all’impalcatura di questa struttura tubolare artificiale. Questa barriera organica funziona in modo molto simile al BBB, che separa l’interno dei vasi sanguigni dal cervello stesso.
Il BBB è importante in quanto protegge il cervello da composti neurotossici, agenti patogeni e cellule del sangue circolanti. Affinché le applicazioni della nanomedicina forniscano un composto terapeutico dal sistema sanguigno al cervello, questa barriera biologica selettiva deve essere superata. Ricreare il BBB e imitare l’ ambiente in vivo il più vicino possibile è quindi cruciale nello sviluppo di nuove terapie contro il cancro al cervello e per il trattamento delle malattie neurodegenerative.
“La novità del nostro lavoro consiste principalmente nella fabbricazione di una piattaforma affidabile per effettuare indagini quantitative ad alto rendimento sulla somministrazione di farmaci al cervello”, afferma Ciofani. “Il modello in vitro fornisce un sistema chiuso in cui le diverse variabili come la concentrazione del farmaco, la velocità del flusso sanguigno, il pH e la temperatura possono essere facilmente sintonizzati e monitorati, fornendo così informazioni preziose e dettagliate sull’incrocio BBB in tempo reale e cellulare / livello subcellulare. ”
L’obiettivo finale della ricerca del team è di modificare i nanovettori anti-cancro in modo tale da poter attraversare il BBB attraverso il sistema sanguigno e colpire i tessuti malati nel cervello. Il prossimo passo sarà quello di testare una varietà di farmaci / nanoparticelle intelligenti / agenti antitumorali, sperando di migliorare il loro incrocio del BBB e il loro targeting di cellule specifiche.
“Siamo fermamente convinti che le soluzioni basate su nanotecnologie come nanovettori e nanovettori per applicazioni teranostiche mostrino un enorme potenziale per il trattamento delle patologie cerebrali”, osserva Ciofani. “Tuttavia, per raggiungere un’implementazione realistica dei nanomateriali nella pratica clinica, è estremamente importante affrontare i problemi di sicurezza, poiché anche la maggior parte dei nanomateriali si accumula nelle regioni periferiche del corpo – per esempio milza, fegato e reni – è di estrema importanza che tali nanovettori rilasciano i farmaci / composti solo nel cervello e, nello specifico, nella regione del tessuto malato. ”