Il progetto presentato nell’ambito del bando ministeriale FIRB – Futuro in ricerca - da una giovane ricercatrice del Politecnico di Torino, Chiara Vitale-Brovarone, ha superato le selezioni nazionali ed è entrato nella rosa delle proposte finanziabili dal MIUR. Il progetto, di carattere fortemente multidisciplinare e innovativo, è nato dalla collaborazione tra ricercatori italiani di eccellenza nell’ambito dei biomateriali, della biofisica, delle biotecnologie e della bioingegneria afferenti, oltre che al Politecnico di Torino, all’Università di Pisa, all’Università Politecnica delle Marche e all’Università di Torino.
Lo scopo è ambizioso e coglie un’importante sfida che la comunità scientifica si è proposta per il XXI secolo: sviluppare nuovi biomateriali, tecnologie e dispositivi atti ad interfacciarsi con i sistemi biologici per consentire la rigenerazione di tessuti complessi o, addirittura, interi organi. La rapida progressione nella conoscenza dei meccanismi alla base della rigenerazione tissutale ha mostrato infatti che una ingegnerizzazione ottimale dei tessuti deve considerare l’intero sistema in cui i tessuti stessi crescono, si sviluppano ed espletano le proprie funzioni. L’impatto a livello tecnologico, medico e sociale dei risultati derivanti da tale ricerca è, come è facile comprendere, estremamente significativo.
Nello specifico, il progetto si propone di realizzare microsistemi impiantabili per rigenerare i quattro principali tessuti che costituiscono l’apparato locomotore – muscoli, osso, cartilagine e nervi –, dato che i traumi e le patologie a carico di tale apparato spesso interessano contemporaneamente più tessuti. La prima fase del progetto prevede l’ottimizzazione dei biomateriali e dispositivi volti alla rigenerazione dei singoli tessuti, mentre in un secondo momento le varie strutture saranno integrate con un nuovo sistema di coltura cellulare dinamica per il ripristino delle funzioni dell’intero apparato.
Il problema è molto complesso perché la crescita di un tessuto è guidata da stimoli topologici (organizzazione delle cellule in sistemi 2D o 3D ben definiti), biochimici (interazione tra cellule, anche di tipo diverso, e matrice extracellulare) e meccanici (forze agenti sulle cellule che, attivando dei meccanorecettori, guidano la crescita del tessuto stesso).
Cardine del progetto è la messa a punto di materiali polimerici e vetrosi, da soli o in forma di compositi, per la fabbricazione di dispositivi impiantabili (scaffold) che stimolino l’adesione, proliferazione e migrazione cellulare ed il differenziamento delle cellule staminali nel fenotipo desiderato attraverso l’integrazione degli stimoli che guidano lo sviluppo dei vari tessuti.
La specificità del tessuto naturale verrà ricreata avvalendosi di biomateriali, grazie alla realizzazione di prototipi CAD/CAM o a tecniche di microfabbricazione. I necessari stimoli biochimici verranno forniti alle cellule attraverso opportune biomolecole o impiegando vetri biologicamente attivi, in grado di attivare meccanismi genetici di autoriparazione e rigenerazione. Infine, bioreattori progettati ad hoc riprodurranno l’ambiente naturale in cui operano i vari tessuti, consentendo la perfusione e diffusione di nutrienti e molecole segnale tra le cellule in crescita.
La parte più innovativa del progetto riguarda l’integrazione degli scaffold e degli ambienti di coltura, dapprima ottimizzati per ogni particolare tessuto, in un unico sistema per la coltura di più tipi cellulari e in grado di consentire l’interazione tra le cellule attraverso un gel o una membrana di separazione permeabile e riassorbibile. In un futuro forse neanche troppo lontano tali dispositivi, che concettualmente si collocano un passo avanti rispetto agli attuali organi artificiali, potranno essere impiantati in vivo consentendo il ripristino anatomo-funzionale dei tessuti danneggiati, permettendo non solo una loro rigenerazione naturale ma superando anche i ben noti problemi legati ai trapianti.
Il progetto si pone quindi come alfiere di un nuovo approccio integrato alla medicina rigenerativa che richiede competenze trasversali nel campo dei biomateriali, delle biotecnologie e della biologia. La sperimentazione di materiali e tecnologie di nuova generazione per produrre dispositivi impiantabili e di strategie per la coltura di cellule appartenenti a più tessuti amplierà le conoscenze nel settore biomedico, aprendo nuove prospettive per il ripristino delle complesse funzioni degli organi umani.
