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Medicina rigenerativa: le alghe commestibili possono essere utilizzate per far crescere i vasi sanguigni nel corpo

Immagine di microscopia a fluorescenza dei vasi sanguigni appena formati dopo l’iniezione del nostro idrogel derivato dalle alghe in un muscolo. In verde sono i vasi sanguigni e in blu i nuclei delle cellule.

Quando abbiamo piccole ferite sulla pelle o sui muscoli, di solito possono guarire da sole.

Ma nelle ferite più profonde – come quelle nei pazienti diabetici o nei tessuti muscolari dopo un infarto – la riparazione è più difficile. Questi tipi di problemi spesso richiedono trattamenti più seri e alla fine possono aver bisogno di amputazione o trapianto se la guarigione non è completa.

Mentre i trapianti di organi salvano vite, non riusciamo a trovare gli organi disponibili per questa procedura e sono necessari metodi alternativi.

La tecnologia come la biostampa è stata proposta per costruire organi completamente funzionali all’esterno del corpo. Ma se potessimo potenziare le nostre capacità rigenerative? Sarebbe possibile creare gli organi all’interno del corpo?

In una recente pubblicazione dimostriamo che con una semplice iniezione di un gel estratto da alghe commestibili, possiamo dirigere il corpo a creare vasi sanguigni stabili in un muscolo. Questi vasi sono la chiave per aiutare i tessuti a vivere.

Tali risultati sono un passo importante verso terapie rigenerative basate esclusivamente sui biomateriali.

Quali sono le terapie rigenerative?

La terapia rigenerativa (chiamata anche medicina rigenerativa) è un’area di ricerca che combina medicina, biologia molecolare e biotecnologia. Ha lo scopo di ingegnerizzare tessuti o organi e ripristinare la normale funzione.

Processo di biofabbricazione di organi specifici del paziente.

Ad esempio, la biostampa tridimensionale ha avuto un certo successo, come la creazione di cornee impiantabili per l’occhio.

Ma questo approccio richiede strutture produttive specializzate. Le cellule devono essere isolate, coltivate in un bioreattore – un vaso speciale che fornisce l’ambiente giusto per la crescita dei tessuti – e utilizzato per creare organi artificiali in condizioni controllate e sterili.

Un nuovo approccio è emerso un paio di anni fa. Questo utilizza il corpo per produrre un particolare tipo di tessuto o di cellule e viene chiamato bioreattore in vivo (nel corpo). Questo è stato inizialmente sviluppato per le ossa.

Per creare tessuto nel corpo umano, dobbiamo attivare e sfruttare le nostre capacità rigenerative. Purtroppo non siamo bravi come le salamandre: non possiamo far ricrescere un nuovo arto.

Ma con un po’ di aiuto, potremmo rigenerare i singoli tessuti. Per ottenere ciò, l’aiuto può venire sotto forma di materiali che:

  • riproducono le proprietà del tessuto necessario, come la rigidità dei tessuti
  • portare segnali chimici e biologici che possono dirigere la crescita del tessuto

Un tessuto è definito come un gruppo di cellule che lavorano insieme per una funzione specifica. Ad esempio, i tessuti muscolari sono fatti di cellule organizzate in fibre, formando le cosiddette fibre muscolari.

Polvere di agarosio utilizzata in laboratorio per la separazione del DNA e dell’agar utilizzato per preparare torte di gelatina.

Materiali che possono parlare con le cellule

I tessuti del nostro corpo sono costituiti da molti diversi tipi di cellule e anche materiali che esistono al di fuori delle cellule. Questi materiali sono noti come la matrice extracellulare (ECM).

L’ECM è composto da diversi elementi. Tiene acqua e conserva anche informazioni vitali per aiutare le cellule a muoversi, crescere e organizzarsi in tessuti funzionali.

Non abbiamo bisogno di entrare nei dettagli di ciò che compone l’ECM. Ma quello che possiamo dire è che gli scienziati possono copiare molte delle sue funzioni usando un materiale simile al gel chiamato idrogel. Questo può essere modificato per passare specifiche informazioni biologiche alle cellule.

Alghe commestibili per creare vasi sanguigni

Abbiamo sviluppato una nuova classe di idrogel iniettabile.

Il materiale che produce l’idrogel si chiama agarosio, che viene anche usato per preparare torte di gelatina in cucina e nei laboratori di biologia per separare il DNA.

L’agarosio è un polisaccaride – una lunga catena di zucchero – che viene estratto da alghe rosse presenti in molti oceani in tutto il mondo.

Nel nostro laboratorio, possiamo modificare l’agarosio collegando una piccola molecola (un peptide) che parlerà con le cellule. Utilizzando questo approccio, abbiamo creato una formulazione unica dell’idrogel che fornisce l’ambiente ideale per alcune cellule da organizzare nei vasi sanguigni.

Formazione di nuovi vasi sanguigni indotti da un materiale terapeutico iniettabile.

Ora nel nostro ultimo lavoro con i collaboratori dell’Ospedale universitario di Basilea, dimostriamo che questo stesso idrogel iniettato nel muscolo può “parlare” con il corpo e iniziare la formazione di nuovi vasi sanguigni.

In precedenza, solo la cartilagine o le ossa potevano essere rigenerate all’interno del corpo.

Terapie future

Questo approccio apre la strada alla creazione di una nuova classe di terapie in cui i materiali iniettabili potrebbero diventare utili quanto i farmaci.

Immaginiamo che in certi casi un paziente con un organo difettoso possa un giorno essere in grado di ottenere un’iniezione di un materiale che porterà con sé informazioni per parlare alle cellule e dirigere la loro organizzazione in nuovi tessuti funzionali.

Questo approccio permetterebbe al nostro corpo di svolgere la maggior parte dei compiti complicati, a differenza delle terapie cellulari o della bioprinting di organi al di fuori del corpo, dove le cellule devono essere raccolte, cresciute e reimpiantate. Le terapie sui materiali sarebbero di grande valore per i pazienti in luoghi remoti in cui non sono disponibili infrastrutture complesse.

Più speculativamente, il bioprinting d’organo è considerato una delle tecnologie critiche per l’ espansione degli umani verso altri pianeti .

Usando materiali che attivano la rigenerazione per superare infortuni o malattie, potremmo lasciare il compito di riparazione critico per il nostro corpo. Forse un giorno una persona che vive nello spazio sarebbe in grado di iniettarsi uno di questi materiali.

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