Un’impalcatura nanoingegnerizzata stimolata per riparare il midollo spinale leso
In sostanza, il nostro midollo spinale è una delicata struttura cilindrica composta da cellule e nervi che invia informazioni tra il cervello e il resto del corpo. Se subisce danneggiamenti, il flusso di informazioni che trasmette può essere interrotto, se non del tutto reciso, da cui si spiega il perché le lesioni al midollo spinale possono risultare particolarmente devastanti. Forse ancora più devastante, tuttavia, è il fatto che il nostro sistema nervoso centrale non dispone di efficaci capacità di rigenerazione: di conseguenza, le opzioni per il trattamento di questo tipo di lesioni sono estremamente limitate. Eppure, grazie a ricerche come quelle condotte nell’ambito del progetto NeuroStimSpinal, finanziato dall’UE, la situazione potrebbe cambiare. Il progetto sta sviluppando un’impalcatura ingegnerizzata costituita da tessuto neurale che, combinando indizi topografici fibrosi e porosi, imita la morfologia del midollo spinale innato. «Il nostro obiettivo è rimuovere l’area lesionata della colonna vertebrale e sostituirla con la nostra impalcatura, consentendo alle cellule neurali di ripristinare la comunicazione», spiega Paula Marques, ricercatrice presso l’Università di Aveiro e coordinatrice del progetto NeuroStimSpinal.
Proprietà di conducibilità elettrica e biocompatibilità del grafene
Le impalcature di ingegneria tissutale sono un importante strumento per la medicina rigenerativa in quanto forniscono supporto strutturale per l’adesione cellulare e l’eventuale sviluppo del tessuto. La sfida, tuttavia, risiede nel trovare il materiale più adatto per realizzarle. Secondo Marques, un materiale dotato di significativo potenziale in relazione alle lesioni del midollo spinale è il grafene. «Il grafene è un nanomateriale a base di carbonio dalle proprietà straordinarie, approfondito e sviluppato dal nostro gruppo di ricerca in diversi tipi di applicazioni da oltre 15 anni», spiega la ricercatrice. Grazie a questo impegno di ricerca, Marques ha notato due proprietà chiave: la conducibilità elettrica e la biocompatibilità. «Queste proprietà hanno attirato la nostra attenzione sullo sviluppo di biomateriali in grado di essere stimolati elettricamente», aggiunge la coordinatrice. Data la reattività elettrica del tessuto neurale presente nel midollo spinale, Marques ha intravisto l’opportunità di esplorare l’impiego di un’impalcatura a base di grafene per il trattamento delle lesioni a questa struttura, facendo così nascere il progetto NeuroStimSpinal.
Applicare la stimolazione elettrica al biomateriale
La prima sfida affrontata dal progetto è stata quella di trovare un biomateriale che potesse essere combinato con il grafene per essere integrato in una struttura tridimensionale. «Uno dei nostri partner di progetto aveva sviluppato un metodo per l’estrazione della matrice extracellulare dal grasso animale», osserva Marques. «Fornendo una serie di indizi biochimici, questa matrice naturale permette alle cellule di riconoscere l’ambiente, il che costituisce un importante primo passo per conseguire la rigenerazione tissutale.» Successivamente, i ricercatori hanno studiato come applicare la stimolazione elettrica al biomateriale. «La grande sfida da superare in tal ambito è stata quella di associare la matrice extracellulare al grafene in modo facilmente riproducibile e senza introdurre alcun tipo di tossicità nel materiale stesso, per poi applicarvi una corrente elettrica longitudinale», afferma Marques.
Un dispositivo impiantabile per la rigenerazione dei tessuti neurali in pazienti affetti da lesioni al midollo spinale
Conducendo test su cellule embrionali neurali, i ricercatori hanno verificato che queste cellule progenitrici, non ancora completamente differenziate in presenza di tale struttura tridimensionale, sono in grado di differenziarsi in neuroni. I neuroni sono le principali cellule che danno origine alla crescita degli assoni, le lunghe fibre filiformi che consentono alle cellule nervose, mettendole in connessione tra loro, di comunicare lungo tutto il midollo spinale. «Ciò dimostra il potenziale per la creazione di un dispositivo funzionale impiantabile composto da un’impalcatura fabbricata a partire da un materiale a base di grafene e una matrice extracellulare che, congiuntamente alla stimolazione elettrica, può permettere di rigenerare il tessuto neurale in pazienti che hanno subito lesioni al midollo spinale», conclude Marques. Marques è convinta che i risultati scientifici del progetto NeuroStimSpinal abbiano fornito una solida base da cui partire per progetti futuri e, in ultima analisi, in grado di far progredire ulteriormente la nostra capacità di curare le lesioni al midollo spinale.
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