Nel campo della ricerca sul virus herpes simplex (HSV), la stampa 3D sta offrendo un approccio innovativo per lo sviluppo di farmaci grazie alla creazione di modelli di pelle umana. Le terapie antivirali attuali presentano diversi limiti perché non riescono a replicare la complessità dei tessuti umani. Per superare questo ostacolo, il team guidato dalla Dr.ssa Jia Zhu del Fred Hutch Vaccine and Infectious Disease Division, in collaborazione con gli esperti di biofabbricazione Dr. Ian Hayman e Dr.ssa Tori Ellison, sta utilizzando la stampa 3D per realizzare modelli più realistici che permettano di studiare il virus con maggiore precisione.
Il virus herpes simplex e i trattamenti attuali
L’HSV colpisce circa due terzi della popolazione mondiale. Molti individui rimangono asintomatici, mentre altri sviluppano episodi ricorrenti che possono influenzare la qualità della vita. I farmaci antivirali come aciclovir, famciclovir e valaciclovir aiutano a ridurre la frequenza e la gravità delle manifestazioni, ma non eliminano il virus, che può rimanere latente nei neuroni sensoriali e sfuggire sia ai farmaci che alla risposta immunitaria. Inoltre, nel tempo alcuni ceppi sviluppano resistenza, riducendo l’efficacia delle terapie disponibili.
Secondo la Dr.ssa Zhu, i farmaci attuali sono stati sviluppati utilizzando colture cellulari semplificate che non riproducono adeguatamente la struttura dei tessuti umani. Questo limita la loro efficacia nelle infezioni reali. “Gli antivirali che utilizziamo oggi per trattare l’HSV sono stati sviluppati su colture in vitro di cellule Vero e fibroblasti. Non sorprende che mostrino prestazioni non ottimali nei pazienti,” ha spiegato la ricercatrice.
Modelli di pelle umana stampati in 3D per studiare il virus
Per migliorare l’accuratezza degli studi sull’HSV, il team ha sviluppato modelli di pelle umana biostampata in 3D. La tecnica prevede la deposizione di fibroblasti in contenitori di coltura, seguita dalla stratificazione di cheratinociti, con successiva incubazione in diverse soluzioni nutritive. Il risultato è un modello organoide che riproduce la struttura della pelle umana, comprendendo sia il derma che l’epidermide.
Per analizzare il comportamento del virus in diverse fasi dell’infezione, il team ha sviluppato due modelli distinti:
Modello sommerso, che simula l’infezione iniziale attraverso una lesione della pelle.
Modello ad interfaccia aria-liquido (ALI), che riproduce la riattivazione del virus da serbatoi latenti nell’organismo.
Questi modelli sono stati utilizzati per testare 738 composti farmaceutici, tra cui farmaci approvati dalla FDA e nuove molecole in fase di sperimentazione.
Per monitorare l’efficacia dei farmaci, i ricercatori hanno utilizzato una versione modificata del virus HSV che esprimeva una proteina fluorescente verde, mentre i fibroblasti erano marcati con una proteina fluorescente rossa. Grazie a microscopia ad alta risoluzione, hanno osservato l’impatto dei farmaci sulla riduzione del segnale fluorescente del virus e valutato eventuali effetti collaterali sulle cellule ospiti.
Risultati e prospettive future
Tra i farmaci testati, aciclovir, attualmente considerato il trattamento standard per l’HSV, si è dimostrato meno efficace nel modello sommerso, dove il virus infetta principalmente i cheratinociti, rispetto al modello ALI. Questo suggerisce che aciclovir potrebbe non essere sufficientemente potente per controllare l’HSV nelle cellule della pelle, spiegando la sua efficacia variabile nei pazienti.
Oltre all’aciclovir, il team ha individuato circa 20 nuovi composti antivirali con un buon profilo di sicurezza e un’efficacia significativa nel contrastare il virus.
I prossimi passi della ricerca prevedono un’analisi più approfondita dei candidati più promettenti e un ulteriore sviluppo dei modelli organoidi. “Siamo particolarmente interessati all’idea di utilizzare cellule prelevate dai pazienti per stampare in 3D una nuova generazione di modelli di pelle. Questo permetterebbe di incorporare caratteristiche biologiche individuali nel processo di scoperta dei farmaci, assicurandoci che le terapie testate siano realmente efficaci negli ambienti cellulari in cui verranno applicate,” hanno affermato Hayman e Zhu.
L’uso della stampa 3D nella ricerca medica
La stampa 3D è stata impiegata in diversi ambiti della ricerca medica per approfondire la comprensione delle malattie e migliorare le strategie terapeutiche.
Nel 2020, un team di ricercatori statunitensi e tedeschi ha utilizzato modelli biostampati in 3D per studiare il glioblastoma (GBM), una forma aggressiva di tumore cerebrale. La combinazione tra biostampa e imaging avanzato ha permesso di ottenere dati più dettagliati sulla crescita del tumore e di accelerare lo sviluppo di possibili trattamenti.
Un altro progetto innovativo è stato portato avanti dal consorzio NOVOPLASM, che ha sviluppato una tecnologia a plasma freddo per il trattamento delle ustioni e la rigenerazione della pelle. Utilizzando il modello CTISkin stampato in 3D, il consorzio ha progettato soluzioni cliniche per la cura delle ferite e la riparazione dei tessuti danneggiati. Una volta approvati, questi dispositivi potranno essere adottati negli ospedali e nei centri specializzati nella cura delle ustioni, offrendo nuove opzioni terapeutiche ai pazienti.
