Nanotecnologie per l’ingegneria tissutale: nasce il Lab italiano per ricreare in vitro parti di organi e tessuti

Si chiama Prometeo NanoLab ed è il nuovo laboratorio congiunto che studierà la possibilità di ricreare in 3D parti di organi e tessuti per pazienti di età neonatale e pediatrica.

TAKEAWAY

  • Prometeo NanoLab è il laboratorio di Verona per progetti di nanotecnologie applicate alla medicina rigenerativa e ingegneria tissutale. Avviato a marzo, è nato per rispondere alle esigenze mediche di pazienti di età neonatale e pediatrica.
  • Bio e nanotecnologie per l’ingegneria tissutale possono fornire un grosso aiuto alla medicina, sia nella cura di patologie sia come soluzione alternativa al trapianto d’organi.
  • Ricreare in vitro parti di organi e innestarli grazie alle nanotecnologie apre a possibilità sconfinate: pressoché ogni organo è potenzialmente rinnovabile.

Quanto siano importanti bio e nanotecnologie per l’ingegneria tissutale e per la medicina rigenerativa lo possiamo capire da questi numeri: nel 2020 in Italia sono quasi 8500 i pazienti in attesa di trapianto, mentre sono 1300 i donatori. C’è quindi un’estrema necessità di contare su organi o parti in sostituzione di quelli malati. Ma non solo: grazie alle nanotecnologie, per la medicina rigenerativa si aprono possibilità incredibili.

Pensiamo ai bambini con malformazioni congenite oppure con diabete di tipo 1, che colpisce circa il 3-5% delle persone affette da diabete e in genere insorge nell’infanzia o nell’adolescenza. Poter contare sulla possibilità di un pancreas rinnovato e funzionante cambia enormemente le prospettive di vita.

Ricreare in laboratorio, mediante nanotech e 3D bioprinting, cellule a livello tridimensionale parte del tessuto o parte di organi, partendo dalle stesse cellule staminali, è l’elemento cardine su cui si innesta il nuovo fronte della ricerca in ambito medico. Per questo è appena nato Prometeo NanoLab, il laboratorio congiunto per progetti di nanotecnologie applicate alla medicina rigenerativa e ingegneria tissutale.

Con sede a Verona, è frutto della collaborazione tra il laboratorio di chirurgia pediatrica sperimentale e la startup biotech Nanomnia. Ideatore, coordinatore e responsabile scientifico è Luca Giacomello, assistant professore all’Università degli Studi della città scaligera nonché chirurgo pediatrico e neonatale.

Il ruolo delle nanotecnologie per l’ingegneria tissutale e la medicina rigenerativa

Prometeo NanoLab nasce da un’idea dello stesso Giacomello, il cui campo di ricerca è legato all’impiego delle cellule staminali applicate alla medicina rigenerativa per i bambini nati con malformazioni congenite e che necessitano di tessuto o di parte di organi, mancanti o danneggiati.

Le cellule staminali impiegate sono di origine fetale, ricavate da placenta o da liquido amniotico, eticamente utilizzabili a differenza delle cellule embrionali e dotate di maggiore plasticità rispetto a quelle di un adulto, prelevabili da midollo.

All’interno del Lab vengono studiate queste cellule e l’interazione con le strutture bio-simulate create con la bio-stampante 3D. “L’impiego di nanotecnologie per l’ingegneria tissutale e la medicina rigenerativa, mediante la tecnologia 3D bioprinting permette di riprodurre in vitro una cellula a livello tridimensionale, parte del tessuto o addirittura l’organo, o parte di esso, usando le stesse cellule staminali come avviene in una stampante a getto d’inchiostro: solo che nel caso si tratta del “bio-ink”, esso è costituito da cellule vive e vitali. Questo ci permette di riprodurre esattamente i modelli umani dal punto di vista clinico” spiega Giacomello.

Ulteriore pregio di questa combinazione tecnologica è che è possibile bypassare la sperimentazione su animali. Infatti, la tecnica va a sostituire test pre-clinici e farmacologici sugli animali, spesso necessari prima di passare dalla fase di laboratorio (in vitro) a quella clinica, con un risvolto etico non indifferente.

La riproduzione in vitro di organi

La tecnica di riproduzione di parti infinitesimali di organi e la loro veicolazione all’interno dell’organismo è il campo di studio su cui lavora l’Università di Verona. La prima fase è la realizzazione in micron di un organoide, ovvero una versione semplificata e miniaturizzata di un organo.

Nella parte pre-clinica si verifica se potenzialmente attecchisce e si sviluppa. Una volta effettuato con successo il necessario testing, si procederà poi all’impianto nel corpo. Come? Iniettando microsfere contenenti gli organoidi, debitamente guidate nel punto in cui servono, tramite tecniche che guardano alla medicina di precisione.

Nanotecnologie per l’ingegneria tissutale: microsfere, nanocellule e intelligenza artificiale

Le microsfere permettono di incapsulare le nanoparti e poi di condurle nel punto di destinazione proprio come – in campo automobilistico – avviene con il navigatore satellitare e con l’assistente alla guida: esse, infatti, forniscono tutte le informazioni necessarie per raggiungere il traguardo e per consentire al tessuto biologico di attecchire al meglio.

Sulle modalità con cui è possibile veicolare parti infinitesimali all’interno dell’organismo, occorre pensare a quanto avviene nel caso dei virus. Abbiamo potuto scoprire con Covid-19 come i virus evolvono di continuo le proteine della loro superficie per potenziare l’interazione con i recettori sulle cellule ed entrare in esse con maggior efficienza secondo il modello chiave-serratura.

Questa possibilità di trovare gli incastri adatti tra chiave e serratura rende possibile la giusta combinazione. Sulle nanosfere viene inserita la chiave che combacerà con la serratura, che è poi quella espressa dalla cellula interessata dalla patologia. Iniettate per via venosa o ingerite oralmente, esse viaggiano nel corpo e raggiungono il punto esatto.

In tutto questo entra in gioco l’intelligenza artificiale per favorire questo viaggio e la possibilità per le nanosfere di “visualizzare” meglio il punto di arrivo, fornendo feedback importanti sul viaggio e sul riconoscimento effettivo del traguardo, permettendo di evitare falsi recettori e individuando quello corretto. Per questo entreranno nel team Prometeo NanoLab due bioingegneri che lavoreranno con il team, composto da 8 persone, mettendo a punto specifiche tecniche di AI.

Nanotecnologie e 3D bioprinting, le prospettive aperte 

In tema di nanotecnologie per l’ingegneria tissutale, la ricerca di Prometeo NanoLab si inserisce nel filone internazionale che ha come obiettivo la generazione di organoidi, ovvero i precursori dell’organo. Una volta preparati e testati, è possibile iniettarli e veicolarli nel paziente in modo da restituire tessuto sano al suo organismo. Le opportunità aperte, grazie alla combinazione virtuosa tra nanotecnologie e 3D bioprinting è davvero incredibile. Afferma il docente e medico chirurgo:

Le prospettive sono virtualmente infinite dal punto di vista della medicina rigenerativa e tissutale, non solo nel mio settore specifico, ma in molte altre. Pensiamo per esempio all’oncologia o alla diabetologia e in quest’ultimo caso al diabete di tipo 1 dal punto di vista epidemiologico. Credo che i prossimi 5-10 anni vedranno un’autentica rivoluzione forse paragonabile all’invenzione della penicillina, tanto è straordinaria la portata in campo medico

C’è poi tutto l’ambito medico legato alla donazione di organi, di cui c’è grande fabbisogno, ma grande scarsità. Oltre a questo va anche considerato anche il rischio di rigetto, possibilità tutt’altro che rara.

Contare su organi creati dalle stesse cellule staminali del paziente per ricreare in laboratorio l’organo per impiantarlo su di esso, imprimerà una svolta eccezionale alla trapiantologia. Ma non come viene considerata tradizionalmente, ovvero nel trapianto dell’organo in toto, com’è prassi comune, ma anche solo parti di esso.

Non sempre è necessario e soprattutto se questa parte trapiantata resta attiva, vitale e riconosciuta dall’organismo come parte di esso, si evita la necessità di somministrare al paziente farmaci anti rigetto, immunosoppressori e altri.

Gli organi potenzialmente riproducibili sono tanti: fegato, cuore, pancreas, reni, intestino, trachea saranno quelli più prossimi, quantomeno da qui ai prossimi 10 anni. Da qui l’importanza di contare sulle nanotecnologie per l’ingegneria tissutale.

La ricerca in questo campo si svolge con una modalità di network in cui ogni centro opera su determinati campi. Prometeo NanoLab, in particolare si occuperà di patologie o malformazioni d’età neonatale e pediatrica e del pancreas, organo su cui è specializzato a Verona il più importante centro europeo di chirurgia pancreatica.

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Andrea Ballocchi
Giornalista specializzato in tecnologia, focalizzato su temi che riguardano l'Internet of Things e le tecnologie emergenti che hanno un impatto significativo sulla vita quotidiana e su quella futura. Oltre alla tecnologia si occupa anche di temi legati alla sostenibilità ambientale e non solo (edilizia, architettura, design...)
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