Costrutti di tessuto neurale biostampati in 3D per la riparazione delle lesioni del midollo spinale
PRESENTAZIONE DEI TESSUTI NEURALI BIOSTAMPATI IN 3D CON IL POTENZIALE PER “CURARE” LA PARALISI UMANA
I ricercatori dell’Accademia cinese delle scienze e dell’Università della scienza e della tecnologia della Cina hanno ideato un nuovo metodo basato sulla biostampa per curare lesioni del midollo spinale precedentemente non trattabili.
Utilizzando un bioinchiostro personalizzato, il team cinese è riuscito a biostampare in 3D tessuti caricati di cellule staminali neurali in grado di trasportare istruzioni tramite impulsi dal cervello, proprio come quelli osservati negli organismi viventi. Una volta impiantati in ratti disabili, gli scaffold hanno mostrato la capacità di ripristinare il movimento negli arti paralizzati e gli scienziati ora credono che il loro approccio potrebbe trovare applicazioni umane in futuro.
“Non esiste una cura efficace conosciuta per le lesioni del midollo spinale”, ha detto allo scienziato Zhijun Zhang, un ingegnere nanobiomedico presso l’Accademia cinese delle scienze . “La strategia di bioprinting 3D che abbiamo sviluppato può rappresentare una strategia generale e versatile per l’ingegneria rapida e precisa del sistema nervoso centrale (SNC) e di altri tessuti neuronali per la medicina rigenerativa”.
Una lesione del midollo spinale o “SCI” è un termine generico usato per descrivere qualsiasi danno causato al fascio di cellule e nervi che inviano segnali al e dal cervello lungo il midollo spinale umano. Mentre il danno stesso può essere causato da lesioni dirette o da lividi alle vertebre circostanti, il risultato è spesso lo stesso: una perdita parziale o completa della funzione sensoriale e locomotoria al di sotto dell’area interessata.
Sebbene non sia attualmente nota una cura per la LM, sono in fase di sviluppo una serie di promettenti terapie cellulari, con la rigenerazione dei neuroni funzionali vista come centrale per il loro successo futuro. In effetti, tali approcci comportano il ristabilimento di collegamenti tra i neuroni in tutta l’area danneggiata al fine di ripristinare la funzionalità del nervo, ma la riparazione delle cellule danneggiate continua a essere problematica.
Laddove le cellule staminali neurali sono state precedentemente impiantate in siti SCI, hanno anche mostrato scarsa vitalità e differenziazione incontrollata, portando a una bassa efficacia terapeutica. Sforzi più recenti hanno visto gli scienziati bioprintare scaffold caricati con cellule, in grado di creare un microambiente adatto in cui i neuroni possono prosperare, ma ciò ha sollevato ulteriori problemi sulla stampabilità e l’avvio dell’interazione cellulare.
Per aggirare questi problemi, i ricercatori cinesi hanno ora sviluppato un nuovo bio-inchiostro che si gelifica a temperatura corporea per impedire ai neuroni di differenziarsi in cellule che non producono impulsi elettrici e può essere biostampato in 3D in scaffold che non solo imitano il aspetto della sostanza bianca della colonna vertebrale, ma incoraggiano le interazioni cellula-cellula.
Per cominciare, Zhang e il suo team hanno formulato il loro bio-inchiostro da zuccheri chitosano naturali, nonché una miscela di acidi ialuronici e matrigel, prima di combinarli con cellule staminali neurali di ratto. Gli scienziati hanno quindi utilizzato una biostampante 3D BioScaffolder per depositare la miscela risultante in scaffold carichi di cellule, che sono stati successivamente conservati in piastre di coltura per ulteriori test.
Prima del loro impianto, i diversi campioni del team sono stati incubati rispettivamente per tre, cinque e sette giorni, durante i quali hanno proliferato e formato connessioni. È interessante notare, tuttavia, che i ricercatori hanno scoperto che maggiore è la concentrazione di acido ialuronico, minori sono i livelli di interazione osservati, dimostrando che il loro bio-inchiostro può essere modificato per ottenere le caratteristiche tissutali desiderate.
Quando iniettati in ratti da laboratorio paraplegici, gli scaffold hanno mostrato una vitalità cellulare del 95% promuovendo la rigenerazione dei neuroni al punto da consentire ai ratti di riprendere il controllo sulle zampe posteriori. In un periodo di osservazione di 12 settimane, gli animali trattati hanno anche mostrato una rinnovata capacità di muovere fianchi, ginocchia e caviglie senza supporto e sensori di pressione del calcio con “forza muscolare notevolmente migliorata”.
Di conseguenza, gli scienziati hanno concluso che il loro approccio “offre una piattaforma versatile e potente per costruire tessuti neurali complessi controllati con precisione” con potenziali applicazioni umane, sebbene ammettano che per raggiungere questo obiettivo sarà necessaria una regolazione più precisa della differenziazione cellulare, in oltre a ulteriori test su modelli di lesione più rilevanti dal punto di vista clinico.
“Nel complesso, questo studio ha chiaramente dimostrato per la prima volta la fattibilità degli scaffold carichi di cellule staminali neurali biostampate in 3D per la riparazione della SCI in vivo”, ha concluso il team nel loro articolo, “che, prevediamo, potrebbe spostarsi verso applicazioni cliniche in l’ingegneria dei tessuti neurali, come la SCI e altri campi della medicina rigenerativa nel prossimo futuro.
Bioprinting 3D nei trattamenti del SNC
Grazie ai costanti progressi nell’elettronica flessibile e nelle tecnologie di biostampa 3D, ora sta diventando sempre più possibile produrre impianti neurali, con il potenziale per trattare lesioni complesse del SNC. L’anno scorso, un progetto avviato alla TU di Dresda ha portato alla creazione di impianti neurali stampati in 3D , in grado di collegare il cervello umano ai computer come mezzo per trattare condizioni neurologiche come la paralisi.
In uno studio simile, la società di ingegneria Renishaw ha collaborato con l’esperto di prodotti farmaceutici Herantis Pharma per valutare le prestazioni del suo dispositivo di somministrazione di farmaci neuroinfuso stampato in 3D . Progettata per fornire infusioni intermittenti nel parenchima, il tessuto funzionale di un organo, la piattaforma potrebbe essere utilizzata come trattamento futuro per il morbo di Parkinson.
Per quanto riguarda il trattamento specifico delle lesioni spinali, i ricercatori dell’Università della California a San Diego sono anche riusciti a riparare le lesioni del midollo spinale nei ratti. Impiantando innesti larghi due millimetri stampati in 3D nei soggetti di prova, il team è stato in grado di facilitare la crescita delle cellule staminali neurali, ripristinare le connessioni nervose e, infine, aiutare a recuperare la funzionalità degli arti nei soggetti di prova sui roditori.
I risultati dei ricercatori sono dettagliati nel loro articolo intitolato ” Costrutti di tessuto neurale biostampati in 3D per la riparazione delle lesioni del midollo spinale “. Lo studio è stato co-autore di Xiaoyun Liu, Mingming Hao, Zhongjin Chen, Ting Zhang, Jie Huang, Jianwu Dai e Zhijun Zhang.
