IL PROGETTO MESO-BRAIN ESPLORA LE CELLULE STAMINALI STAMPATE IN 3D PER TRATTARE LE CONDIZIONI NEUROLOGICHE
Un progetto di ricerca sulle cellule staminali guidato dalla Aston University sta sviluppando tecniche di nanostampa 3D che, secondo loro, potrebbero rivoluzionare le neuroscienze e il trattamento di malattie come il Parkinson e la demenza.
Il progetto Meso-Brain, finanziato dall’UE, mira a generare reti personalizzabili stampate in 3D di neuroni derivati da cellule staminali per produrre una nuova generazione di strumenti di modellazione e test accurati.
Il progetto spera di affrontare i limiti delle attuali tecniche di coltura neuronale combinando ricerca all’avanguardia nell’ambito della biologia delle cellule staminali umane, stampa 3D su nanoscala, modellazione di reti computazionali e microscopia a foglio leggero per scoprire nuove opzioni di trattamento per l’alleviamento a lungo termine della disfunzione cerebrale.
Meso-Brain spera di sbloccare intuizioni significative e praticabili sul funzionamento del cervello e alla fine consentirà ai ricercatori di modellare accuratamente le reti cerebrali in modo più realistico che mai.
Le cellule staminali generalmente servono come un sistema di riparazione per il corpo e, non essendo specializzate, sono in grado di svilupparsi in una varietà di diversi tipi di cellule. In quanto tali, le cellule staminali possono svilupparsi in cellule specializzate come sangue, muscoli e cellule cerebrali, quando necessario.
La stampa 3D cellulare è un’area che sta ricevendo un crescente interesse da parte dei ricercatori e delle aziende di stampa 3D come mezzo per sfruttare queste proprietà desiderabili, in particolare per la medicina rigenerativa e le applicazioni di bioprinting.
Ad esempio, la stampante 3D OEM 3D Systems ha annunciato una svolta nella sua piattaforma di bioprinting Print to Perfusion all’inizio di quest’anno, che ora può produrre rapidamente scaffold polmonari umani a grandezza naturale che possono essere perfusi con cellule viventi per creare tessuti. Nel frattempo, gli scienziati dell’Università di Buffalo hanno sviluppato un nuovo metodo di bioprinting 3D che riduce il tempo necessario per creare strutture di idrogel cariche di cellule, portando potenzialmente gli organi stampati in 3D più vicini alla realtà .
Altrove, i ricercatori dell’Università del New South Wales hanno sviluppato una nuova tecnica per stampare in 3D strutture che imitano le ossa contenenti cellule viventi con potenziali usi per l’ingegneria del tessuto osseo e la modellazione delle malattie, e un nuovo bioink creato dall’Università di Lund è in grado di supportare nuove cellule. e la crescita dei vasi sanguigni una volta trapiantati in nuovo materiale.
In modo simile al progetto Meso-Brain, la bioprinting 3D è stata precedentemente implementata dalla società di tecnologia medica Fluicell , dalla società di ricerca e sviluppo Cellectricon e dall’università Karolinska Institutet per organizzare le cellule cerebrali neurali in schemi complessi al fine di modellare il progresso delle malattie neurologiche.
Il progetto Meso-Brain
Il progetto è stato lanciato per la prima volta dalla Aston University nel 2016 con l’obiettivo di utilizzare la stampa 3D su scala nanometrica per replicare le reti neurali del cervello. Da allora il progetto ha ricevuto ulteriori finanziamenti dal programma FET-Open Horizon 2020 dell’UE per accelerare il ritmo della ricerca neuroscientifica e della scoperta di farmaci.
Coordinato dalla Aston University, il progetto è composto da sei partner di tre paesi, tra cui lo specialista in colture cellulari umane Axol Bioscience , il fornitore di servizi digitali Kite Innovation , l’Istituto di scienze fotoniche (ICFO), l’ Università di Barcellona e LZH Laser Zentrum Hannover EV .
Meso-Brain combina strumenti “rivoluzionari” per la micro-fabbricazione, lo sviluppo e il monitoraggio di reti neuronali e l’analisi funzionale per portare alla luce reti neuronali umane 3D con caratteristiche su misura.
Attraverso Meso-Brain, il consorzio sta lavorando allo sviluppo di un nuovo tipo di coltura neurale e di un sistema di interfaccia interagente integrato con polimeri conduttivi, che faciliterà la stimolazione elettrica e la registrazione delle singole cellule.
Nei circuiti cerebrali in via di sviluppo naturale, i neuroni e le connessioni vengono prima generalmente configurati e poi gradualmente raffinati nel tempo in risposta all’attività chimica ed elettrica. Per replicare questo processo negli scaffold stampati in 3D dei ricercatori, neuroni e astrociti derivati da cellule staminali vengono sviluppati in punti citofili specifici attraverso l’uso di messaggi chimici e attività elettrica per promuovere e guidare lo sviluppo della rete funzionale.
Dopo questo processo, le mappe di connettività funzionale vengono disegnate utilizzando formulazioni matematiche di nuova concezione per verificare la funzione della struttura della rete neurale stampata in 3D.
Le proprietà personalizzabili degli scaffold stampati in 3D consentono l’imaging e l’interrogazione in fluorescenza con approcci fotonici e ottici, rendendo quindi possibile vedere come i neuroni interagiscono tra loro in tempo reale.
Si spera che gli sviluppi della ricerca all’interno di Meso-Brain consentiranno ai ricercatori di modellare in modo accurato e dinamico le reti cerebrali per identificare i neuroni in vari stati di disfunzione e testare la loro reazione a nuovi farmaci e altri trattamenti.
Secondo i partner del progetto, lo sviluppo di reti neuronali 3D umane che esibiscono architettura e attività fisiologicamente rilevanti e riproducibili potrebbe essere “fondamentale” per la comunità scientifica, consentendo un’indagine scientifica su larga scala della funzione della rete del cervello umano.
I risultati del progetto sperano anche di facilitare test farmaceutici su larga scala su cellule umane e modelli di malattie umane con cellule staminali derivate da pazienti, portando infine a progressi nei trapianti neurali per la terapia e la riparazione del sistema nervoso centrale.
In definitiva, i ricercatori ritengono che Meso-Brain possa aiutare la comprensione e il trattamento di una serie di condizioni neurologiche come demenza, Parkinson e traumi cerebrali.
