Verso il tessuto cerebrale on demand. Una nuova biostampante produce strutture simili al cervello umano

Lo studio

Verso il tessuto cerebrale on demand. Una nuova biostampante produce strutture simili al cervello umano

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Immagine: Cell Stem Cell, Issue cover for Volume 31, Issue 2 Feb 01, 2024 Volume 31Issue 2p149-280
di redazione
La tecnologia può aiutare lo studio dello sviluppo cerebrale e delle malattie del cervello. In un futuro più lontano si può immaginare di stampare tessuto cerebrale da trapiantare in persone che hanno subito un danno neurologico, per ictus, trauma o malattia neurodegenerative

Trapiantare tessuto cerebrale nuovo e funzionante in persone che hanno subito un danno neurologico in seguito a un ictus, un trauma, o a causa di malattie neurodegenerative. È una delle possibili future applicazioni di una biostampante speciale descritta su Cell Stem Cell. 

Utilizzando una nuova tecnica di stampa, i ricercatori sono riusciti a ottenere delle strutture tridimensionali, anche se molto sottili, che simulano l’attività del cervello. L’altro potenziale campo di applicazione è quello della ricerca clinica: il cervello stampato potrebbe essere utilizzato per comprendere l’origine e l’evoluzione di molte malattie, tra cui l’Alzheimer, oppure per testare l’efficacia di nuovi farmaci. Questo traguardo appare più facilmente realizzabile e raggiungibile in tempi brevi rispetto al primo. Dalla biostampante del Waisman Center della University of Wisconsin-Madison negli Stati Uniti sono infatti già usciti fuori strati di materiale biologico su cui si muovono e interagiscono neuroni che producono segnali elettrici stabilendo tra loro connessioni funzionali simili a quelle del cervello umano. 

Rispetto ai “cervelli artificiali”, organoidi, ottenuti in studi precedenti la nuova tecnica permette di sapere esattamente dove sono posizionate determinate cellule. Gli organoidi forse somigliano un po’ di più al cervello umano, visto che ognuno di loro è unico e irripetibile e si sviluppa in autonomia senza che i ricercatori possano controllare la crescita e la posizione delle diverse cellule, ma proprio per questa ragione sono meno adatti alla ricerca. Con gli organoidi infatti è difficile   ottenere quel processo fondamentale che permette alla scienza di progredire: la riproducibilità dei risultati. 

Il team guidato da Su-Chun Zhang ha stampato linee orizzontali separate di cellule progenitrici neurali e gliali umane che possono svilupparsi in più tipi di cellule cerebrali. A fare da collante tra le cellule è un nuovo tipo di idrogel abbastanza elastico da permettere alle cellule di muoversi o formare connessioni come accade in un cervello reale. Le strutture tridimensionali imitavano lo sviluppo del cervello, con le cellule progenitrici che maturavano e creavano connessioni tra loro. 

La biostampante ha realizzato diverse strutture simili al cervello. In una di queste sono presenti neuroni inibitori, che smorzano gli impulsi nervosi, e neuroni eccitatori che li amplificano.  I neuroni comunicano tra loro attraverso i neurotrasmettitori. I ricercatori hanno poi aggiunto al composto gli astrociti, le cellule di supporto dei neuroni che aiutano a diffondere l’informazione nel cervello.

Ebbene, i neuroni producevano segnali elettrici e gli astrociti svolgevano il loro compito assorbendo il neurotrasmettitore glutammato. Questo processo suggerisce che sono in corso connessioni funzionali simili a quelle che si verificano nel cervello reale.  Quando i ricercatori hanno combinato due tipi di cellule localizzate in luoghi diversi, nella corteccia esterna del cervello e nello striato più profondo, hanno scoperto che le cellule corticali estendevano le proiezioni verso le cellule striatali, ma non accadeva il contrario, esattamente come succede nel cervello umano. Il modello realizzato con la biostampante sembra quindi simulare il cervello reale in maniera piuttosto affidabile tanto da poter essere usato negli studi sullo sviluppo del cervello e sulle malattie cerebrali. Come hanno dimostrato gli stessi autori dello studio.

Grazie alla nuova tecnica di utilizzo della biostampante i ricercatori hanno potuto stampare un tipo di cellule dotate di una mutazione associata alla malattia neurodegenerativa di Alexander, una patologia rara degli astrociti e ne hanno potuto osservare il comportamento. Le cellule mutate formavano poche connessioni esattamente come accade nel cervello umano. 
Oltre che nella ricerca, la nuova tecnica potrebbe essere usata nella clinica e arrivare in futuro a fornire tessuto cerebrale di ricambio per compensare i danni cerebrali dovuti a traumi, ictus o anche Alzheimer. 

 

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