Scaffold con un’architettura dei pori su misura per una migliore ingegneria tissutale
Gli scaffold offrono l’impalcatura strutturale e meccanica per i tessuti cresciuti in laboratorio, imitando fedelmente il microambiente tridimensionale nativo. Alcuni scaffold sono costituiti da materiali biologici altamente porosi, il che fornisce alle cellule l’adeguato supporto necessario per attaccarvisi e crescere. Studio dell’architettura degli scaffold Progettare condizioni adeguate per i tessuti cresciuti in laboratorio può aprire nuove frontiere di ricerca attraverso le quali, in ultima analisi, si potrà ottenere una migliore riparazione dei tessuti e degli organi. Con il supporto del programma Marie Curie, il progetto 3DSTAR ha approfondito gli effetti dell’architettura dei pori degli scaffold mediante sperimentazione in vitro sistematica e caratterizzazione della struttura. «Il nostro obiettivo era determinare le condizioni spaziali ottimali richieste per far crescere ossa e microvascolatura in piastra», spiega la dott.ssa Sasha Berdichevski, borsista Marie Skłodowska-Curie. La ricercatrice si è avvalsa della liofilizzazione per produrre configurazioni di scaffold allineate in modo casuale (isotropiche) e unidirezionale (anisotropiche). Ha caratterizzato l’architettura dei pori mediante l’utilizzo della tomografia a raggi X e di un codice sviluppato sul campo. Esperimenti comparativi che hanno testato gli scaffold con diverse configurazioni dei pori hanno aiutato a determinare come la geometria tridimensionale dei pori incide sul modo in cui le cellule vi si attaccano e crescono e su come iniziano a produrre il tessuto ingegnerizzato. Gli scaffold prodotti sono stati valutati per quanto riguarda l’organizzazione vascolare e la formazione dell’osso mediante immunoistochimica, immaginografia confocale e una varietà di esami molecolari e biochimici. Un ulteriore accento è stato posto sulla permeabilità degli scaffold in funzione delle caratteristiche relative all’architettura dei pori. Secondo la dott.ssa Berdichevski, «la permeabilità è fondamentale per la diffusione delle sostanze nutritive e l’eliminazione dei rifiuti, ma è stata studiata in modo del tutto insufficiente». Gli esperimenti in vitro con diversi tipi di cellule e condizioni di coltura hanno aiutato gli scienziati a comprendere il modo in cui la struttura degli scaffold incide sull’organizzazione endoteliale delle cellule secondo strutture di tipo vascolare, sulla differenziazione degli osteoblasti e sulla mineralizzazione. I dati sperimentali hanno dimostrato che gli scaffold anisotropici sono maggiormente indicati per la formazione di ossa e microvasi sanguigni. Inoltre, quando le cellule dei vasi sanguigni vengono coltivate congiuntamente alle cellule di supporto, incentivano una migliore vascolarizzazione degli scaffold. Il futuro dell’ingegneria tissutale Lo studio di 3DSTAR fornisce una migliore comprensione delle condizioni più appropriate per la formazione in vitro di tessuto osseo e reti dei capillari, contribuendo potenzialmente alla progettazione del microambiente ideale per la crescita di organi vascolarizzati e ossa intere. I programmi futuri includono lo studio di scaffold anisotropici vuoti e inseminati con cellule nella formazione dell’osso in vivo. L’analisi della risposta immunitaria dell’ospite a scaffold vascolarizzati o ossei in entrambe le configurazioni tridimensionali dovrà essere effettuata prima di avanzare ulteriormente con il loro utilizzo in vivo. In generale, l’ingegneria tissutale rappresenta una grande promessa per la rigenerazione degli organi, eliminando la necessità di organi di donatori e prevenendo il rigetto degli stessi. Oltre a migliorare la qualità della vita di numerose persone, i tessuti ingegnerizzati consentono di realizzare progressi scientifici e tecnologici nella ricerca accademica e nell’industria farmaceutica quali piattaforme per test farmacologici o alternative agli attuali modelli di malattie umane. Guardando al futuro, la dott.ssa Berdichevski si augura «una traduzione di successo della ricerca sugli scaffold nella realtà clinica, contribuendo a salvare vite dei pazienti».
Parole chiave
3DSTAR, scaffold, osso, poro, ingegneria tissutale, in vitro, vascolarizzato, microvascolatura, permeabilità
