Guidare la migrazione cellulare in 3D con fototrapianti ad alta risoluzione
La litografia multifotonica (MPL) si è rivelata uno strumento adatto per controllare con precisione il microambiente delle cellule in termini di proprietà biochimiche e biofisiche della matrice di idrogel. In questo lavoro, presentiamo un nuovo metodo, basato sul fotoinnesto multifotonico dell’acido 4,4′-diazido-2,2′-stilbenedisolfonico (DSSA) e le sue capacità di indurre l’allineamento cellulare, la migrazione cellulare direzionale e la germinazione endoteliale in una matrice idrogel a base di gelatina. Il fotoinnesto DSSA consente la fabbricazione di modelli complessi ad alta risoluzione ed è un processo biocompatibile, universalmente applicabile e semplice che è relativamente veloce. Abbiamo dimostrato l’orientamento preferenziale delle cellule staminali derivate dal tessuto adiposo umano (hASC) in risposta a un pattern fototrapianto. Sferoidi di co-coltura di hASC e cellule endoteliali della vena ombelicale umana (HUVEC) sono stati utilizzati per studiare la migrazione direzionale di hASC nelle regioni modificate. Successivamente, abbiamo evidenziato la dipendenza del germogliamento endoteliale dalla presenza di hASC e dimostrato il potenziale del fotoinnesto per controllare la direzione dei germogli. Il fotoinnesto DSSA indotto da MPL è stato stabilito come un metodo promettente per alterare selettivamente il microambiente delle cellule.
Come una gelatina nell’acqua
“Quando si producono tessuti, spesso si inizia con cellule viventi incorporate in un idrogel”, afferma il Prof. Aleksandr Ovsianikov, capo del gruppo di ricerca sulla stampa 3D e la biofabbricazione presso la TU Wien. L’idrogel è un materiale biocompatibile con proprietà molto simili ai tessuti. “Simile a un orso gommoso gonfio che ha assorbito acqua”, spiega Ovsianikov. Le cellule possono migrare attraverso l’idrogel e formare un tessuto. Tuttavia, sarebbe desiderabile essere in grado di controllare questo processo e garantire che le cellule aderiscano a un determinato piano strutturale.
Nel gruppo di ricerca per la stampa 3D e la biofabbricazione, invece, all’idrogel sono state ora aggiunte molecole molto speciali. Normalmente non modificano il comportamento dell’idrogel, ma se attivati con un laser, l’idrogel diventa più morbido e permeabile proprio in questo punto. “La molecola si accoppia alla rete dell’idrogel, a questo punto la rete diventa più idrofila. Questo cambia le proprietà fisiche e in questo modo è possibile creare uno schema 3D attraverso il quale le cellule possono migrare più facilmente che altrove”, spiega Simon Sayer (Università della Tecnologia di Vienna).
Nell’esperimento, il raggio laser è stato utilizzato per specificare determinati percorsi nell’idrogel e le cellule si sono quindi effettivamente spostate esattamente lungo questi percorsi. In questo modo si potrebbero produrre strutture cellulari a forma di stella o reticolo.
Umano su un chip
Il fulcro di questa ricerca non è necessariamente la creazione di organi artificiali per il momento, ma una tecnologia che spesso viene chiamata “organo su chip” o “umano su chip”: si creano parti di tessuto che poi interagiscono tra loro su un chip della dimensione di pochi centimetri, può essere fornito con nutrienti molto specifici o anche con preparazioni farmaceutiche in maniera altamente precisa. In questo modo è possibile raccogliere informazioni importanti sugli effetti dei farmaci senza dover ricorrere a esperimenti sugli animali. Puoi anche lavorare con cellule umane, il che rende i risultati molto più significativi.
“Ma funziona solo se riusciamo a controllare con precisione le proprietà di questi tessuti”, afferma Tommaso Zandrini (Università di Tecnologia di Vienna). “In primo luogo, questi esperimenti devono essere riproducibili, quindi si vogliono diversi campioni di tessuto con esattamente la stessa microstruttura e, in secondo luogo, i diversi campioni devono anche poter essere abbinati con precisione, ad esempio quando si studia l’interazione tra un piccolo pezzo di cuore tessuto muscolare e un piccolo pezzo di tessuto epatico.” Uhm Per capire con precisione la connessione, le strutture come i vasi sanguigni devono essere esattamente nel posto giusto. Questo è ora possibile con il metodo di controllo laser. La complessità ottenibile dei campioni di tessuto su misura può così essere aumentata drasticamente.
