Un nuovo idrogel microstrutturato con proprietà antimicrobiche uniche
Attraverso stimoli meccanici l’ambiente extracellulare determina il comportamento cellulare e processi quali adesione, proliferazione, migrazione e differenziazione. La scienza dei materiali cerca di simulare le proprietà strutturali, meccaniche e biochimiche della matrice extracellulare naturale per ottimizzare la rigenerazione del tessuto danneggiato attraverso la crescita cellulare spazialmente organizzata.
Un nuovo biomateriale con una rete di microcanali
Il progetto CHANNELMAT, finanziato dall’UE, ha sviluppato un nuovo materiale 3D economico e biocompatibile, da utilizzare come substrato per la crescita cellulare. Come spiega Christine Selhuber-Unkel, la coordinatrice del progetto, «il nostro materiale contiene canali cavi di alcuni micron di dimensioni incorporati in una matrice polimerica». Ciò fornisce un’ampia superficie per il contatto cellulare ottimizzando l’influenza del materiale sul comportamento cellulare, ad es. per controllare la trasduzione degli stimoli meccanici. Rispetto alle soluzioni esistenti, l’approccio CHANNELMAT offre diversi vantaggi: utilizza un substrato di poliacrilammide per produrre microcanali interconnessi con un diametro inferiore a 20 μm, la procedura di fabbricazione brevettata garantisce l’interconnettività dei pori indipendentemente dalle loro densità e dimensioni e, infine, è importante sottolineare che i sottili microcanali forniscono un ambiente 3D caratterizzato da un contatto fino all’80 % con la superficie cellulare, che migliora il controllo del comportamento cellulare. Adattare il design, la composizione e la meccanica del substrato garantisce che la fornitura di ossigeno e nutrienti assomigli da vicino alle condizioni dei tessuti naturali. Inoltre, il substrato può essere funzionalizzato con proteine per l’ingegneria tissutale e con nanoparticelle a base di carbonio per simulare tessuti elettricamente eccitabili quali il tessuto cardiaco, mentre il suo forte adsorbimento di proteine implica che può essere progettato per assomigliare alla matrice extracellulare.
Applicazioni mediche del nuovo materiale
«Il nostro obiettivo era quello di convalidare il nuovo materiale CHANNELMAT in applicazioni cellulari in cui viene interessata la meccanotrasduzione, come nel tessuto cardiaco dopo un attacco di cuore», continua la Selhuber-Unkel. Le proprietà meccaniche ben definite del biomateriale e la capacità di fabbricarlo con diversi livelli di complessità in un modo ad alta produttività lo rendono adatto a numerose applicazioni quali le colture cellulari 3D e l’impianto. Tuttavia, il più importante risultato clinicamente rilevante è attualmente indipendente dalla meccanotrasduzione. Il team scientifico ha utilizzato il materiale innovativo per catturare il patogeno Acanthamoeba castellanii dell’uomo. Noto per la sua capacità di infettare l’occhio e provocare grave cheratite, il trattamento è prolungato e complesso. Nonostante la rarità della malattia, è un problema particolarmente diffuso nei paesi sviluppati in cui l’uso delle lenti a contatto è comune. Inoltre, Acanthamoeba castellanii si riscontra nei bacini idrici e del suolo, comprese le piscine e i liquidi per lenti a contatto, nonostante la disinfezione. Il materiale CHANNELMAT ha il potenziale per rimuovere il parassita Acanthamoeba castellanii e migliorare la sicurezza delle lenti a contatto se utilizzato nei dispositivi di conservazione. Secondo Selhuber-Unkel, è stato questo il risultato più significativo del progetto, che ha aperto nuove strade per lo sfruttamento commerciale del biomateriale CHANNELMAT. Catturare microrganismi patogeni attraverso trappole fabbricate è una strategia antimicrobica emergente che non si avvale di sostanze chimiche. Attualmente, i ricercatori stanno studiando i materiali in diversi contesti che variano dalle applicazioni nel cervello alla robotica leggera. Numerosi progetti finanziati si basano sulle conoscenze acquisite durante lo svolgimento di CHANNELMAT e, con gli opportuni investimenti industriali, si augurano di portare il loro prodotto al livello successivo.
Parole chiave
CHANNELMAT, biomateriale, substrato, meccanotrasduzione, Acanthamoeba castellanii, patogeno, idrogel