Vi siete mai chiesti come facciano le cellule del nostro corpo a rimanere compatte le une con le altre per formare i tessuti e gli organi? La domanda non è banale e lo sanno bene gli ingegneri biomedici, che di fronte alla sfida di trovare metodi per produrre organi artificiali si scontrano con la difficoltà si sviluppare un collante molecolare, che accolga e strutturi le cellule prodotte in vitro. Leon Bellan, ricercatore alla Vanderbilt University, ha trovato un modo per riprodurre artificialmente i capillari umani, utilizzando una macchina per lo zucchero filato.
Nel nostro organismo, i capillari formano una fitta e complessa rete, che è tanto sottile quanto resistente. Riprodurre una rete di questa complessità in due dimensioni è relativamente semplice per un ingegnere, sostiene Leon Bellan.
La vera sfida sta nell’introdurre la terza dimensione utilizzando inoltre un materiale da mantenere in vita una cellula, mimando l’azione della fisiologica matrice cellulare senza degradarsi nel giro di poco tempo. La matrice cellulare ha la consistenza di un gel ed è costituita da numerose molecole di varia natura, tra le quali la più abbondante è una proteina nota come collagene. Il ruolo nella matrice è quello di tenere adese le cellule, permettendone la comunicazione, e al contempo offrire un supporto per la loro crescita.
Il composto che si è rivelato più adatto allo scopo appartiene alla categoria degli idrogel e il suo nome è PNIPAM, che sta per poli-N-isopropilacrilammide. Questa sostanza è un colloide, ovvero ha la particolare proprietà di essere insolubile in acqua al di sopra della temperatura di 32 °C. Questo significa che sotto questa soglia avrà la consistenza di un liquido, mentre al di sopra avrà le caratteristiche di un gel.
Ma come fare a trasformare quel cubetto di gel in una rete di capillari? Qui entra in gioco una macchina, il cui funzionamento è analogo a quello che permette di fare lo zucchero filato. I ricercatori hanno creato uno “zucchero filato” di PNIPAM che hanno immerso in una miscela liquida. Questa miscela era costituita di PNIPAM, acqua alla temperatura di 37 °C e cellule umane, con l’aggiunta un enzima in grado di fare gelificare permanentemente la miscela. Giocando sulla temperatura si può far sciogliere unicamente le fibre interne di PNIPAM, che lasciano scavata nel gel una rete di microcanali simili ai capillari.
La matrice realizzata è stata poi testata facendo fluire nei microcanali un mezzo di coltura cellulare contenente i nutrienti essenziali e l’ossigeno. Dopo una settimana, il 90% dei canali risultava ancora funzionante. Questa tecnologia sembra perciò promettere una grande efficienza e un costo contenuto e il suo sviluppo potrebbe portare alla definizione di una metodologia per produrre in vitro i capillari necessari a sostenere organi artificiali come fegato, reni e ossa.
Fonte
- Cotton candy machines may hold key for making artificial organs