Tessuto artificiale tipo velcro per riparare un cuore danneggiato

Nuovo ' tessuto tipo Velcro' potrebbe contribuire a riparare cuori danneggiati

Gli ingegneri l’hanno appena fatto, producendo tessuto cardiaco funzionale, facilmente assemblabile, come fosse il fissaggio delle scarpe. Il team di ricercatori ha creato un’impalcatura biocompatibile che consente a fogli di cellule non solo a battere nel cuore, ma di scattare insieme, proprio come nel velcro.

La microfotografia

mostra tre fogli di ponteggio uno sopra l'altro; il meccanismo di gancio e anello può essere visto nello strato centrale.

Gli ingegneri presso l'Università di Toronto hanno assemblato tessuto cardiaco funzionale, facilmente come si trattasse del fissaggio nelle scarpe. Il team ha creato un’impalcatura biocompatibile che consente a fogli di battere sulle cellule del cuore per scattare insieme proprio come fossero Velcro . "Uno dei principali vantaggi è la facilità d'uso, -spiega l'ingegnere biomedico Milica Radisic

, che ha guidato il progetto- in quanto siamo in grado di costruire strutture di tessuto più grandi immediatamente prima se sono necessari, e smontarle altrettanto facilmente. Non so quale altra tecnica offre questa possibilità."                                                                                                                                  Far crescere cellule muscolari cardiache in laboratorio non è una novità. Il problema è che troppo spesso, queste cellule non assomigliano a quelle trovate nel corpo. Le cellule del cuore reale crescono in un ambiente pieno con ponteggi di proteine ​​e cellule di sostegno che li aiutano a plasmare , una sorta di macchine a battitori magri lunghi. Al contrario, le cellule cresciute in laboratorio spesso mancano di questi supporti, e tendono a essere amorfe e deboli. Radisic e il suo team si sono dedicati alla progettazione di ambienti artificiali che imitano più da vicino quello che le cellule vivono nel corpo, con conseguente produzione di cellule cardiache più robuste e più efficienti. Due anni addietro, Radisic e il suo team hanno inventato il Biowire, in cui le cellule del cuore crescono intorno a una sutura di seta, imitando il modo in cui le fibre muscolari reali, crescono nel cuore. "Se pensi ad una fibra unica come struttura 1D, -dice Zhang Boyang, dottorando nel laboratorio di Radisic - allora il passo successivo è quello di creare una struttura in 2D e poi assemblare quelli già ottenuti, in una struttura 3D". Zhang e Miles Montgomery, studente dottorando nello stesso laboratorio, hanno prodotto quei risultati che si citavano in premessa. Zhang e i suoi colleghi hanno utilizzato un polimero speciale chiamato POMAC per creare una maglia 2D per aiutare le cellule a crescere tutte intorno. Ricorda piuttosto la forma di un nido d'ape, tranne che i fori non sono simmetrici, ma piuttosto ampi in una direzione anziché in un'altra. Criticamente, questo fornisce un modello che induce le cellule ad allinearsi insieme. Quando è stimolato con una corrente elettrica, le cellule muscolari del cuore si contraggono insieme, causando la piegatura del polimero flessibile. Successivamente il gruppo ha legato messaggi a forma di T, sulla parte superiore del nido d'ape. Quando un secondo foglio è posto al di sopra, questi posti si comportano come minuscoli uncini, frugando attraverso i fori di nido d'ape e facendo clic in posizione. Il concetto stesso come i ganci di plastica e cicli di Velcro, che si è basato sulle bave che le piante usano per attaccare i loro semi sugli animali che passano. Sorprendentemente, i fogli assemblati in questo modo iniziano quasi subito a funzionare. "Non appena si fa clic su di loro insieme, - dice Radisic - cominciano battere, e quando applichiamo la stimolazione di un campo elettrico, vediamo che battono in sincronia". La squadra ha creato tessuti stratificati fino a tre fogli di spessore in una varietà di configurazioni, tra queste minuscole scacchiere.

L'obiettivo finale del progetto è di creare il tessuto artificiale

che potrebbe essere utilizzato per riparare i cuori danneggiati. La natura modulare della tecnologia dovrebbe rendere più facile personalizzare l'innesto in ogni paziente. "Se tu avessi questi piccoli mattoni, -spiega Radisic - si potrebbe costruire il tessuto giusto al momento di un intervento chirurgico e che possa essere di qualsiasi dimensione richiesta". Il polimero ponteggio stesso, è biodegradabile; entro pochi mesi gradualmente è abbattuto e assorbito dal corpo.  La tecnica non è limitata alle sole cellule del cuore. "Usiamo tre diversi tipi di cellule -dice ancora Radisic - in questa carta: cardiomiociti, fibroblasti e cellule endoteliali, ma concettualmente non c'è davvero alcun limite". Ciò significa che altri ricercatori potrebbero usare l'impalcatura per costruire strutture stratificate che imitano una varietà di tessuti, partendo dal fegato per arrivare ai polmoni. Questi tessuti artificiali potrebbero essere usati per testare nuovi farmaci in un ambiente realistico. Inoltre, la possibilità di montare e smontare a piacimento potrebbe consentire agli scienziati di ottenere informazioni più dettagliate sulla risposta delle cellule quanto sia più attualmente possibile. "Si potrebbe prendere e portare fuori lo strato centrale, - dice ancora Radisic - per vedere a che cosa assomigliano le cellule. Poi si potrebbe applicare una molecola che provoca la differenziazione o la proliferazione o quello che volete, solo a questo livello. Poi si potrebbe rimetterlo nel tessuto, per vedere come interagisce con gli altri livelli.”                      Il passo successivo è quello di testare bene le funzioni del sistema in vivo. Radisic e il suo team stanno collaborando con ricercatori medici, al fine di progettare esperimenti d’impianto che avvieranno il progetto, di un passo più vicino alla clinica.