MDPHARMA_banner
Tecnologie di supporto Tessuti e Organi Artificiali

Placenta Artificiale: la nuova era delle incubatrici per neonati prematuri

Scritto da Anna Bandoni

Nel grembo di una donna ha luogo quella che è l’impresa più ardua e importante di tutta la biologia umana: la trasformazione da embrione a feto e, poi, a bambino. Questa straordinaria metamorfosi sarebbe impossibile senza la presenza della placenta. Nonostante il corpo della donna sia da sempre indispensabile per dare alla luce i figli e mandare avanti il genere umano, non sempre tutto va per il meglio. Una delle complicanze più comuni che si può presentare durante la gravidanza è la nascita prematura, che provoca la morte di più di un milione di bambini ogni anno.

Per contrastare questa grave perdita, è stata sviluppata una placenta artificiale in grado di mantenere in vita i neonati prematuri aventi meno di 28 settimane. Il lavoro è opera del team guidato da George Mychaliska, chirurgo pediatrico presso il C.S. Mott Children’s Hospital dell’Università di Michigan.

Fisiologia della placenta

La placenta è un organo temporaneo altamente specializzato, che è totalmente coinvolto nella gravidanza per supportare la normale crescita e sviluppo del feto. È ancorata alla parete uterina e connessa al feto per mezzo del cordone ombelicale. È composta sia da tessuto materno, che deriva dall’endometrio, sia da tessuto fetale, che deriva dal corion (Figura 1).

feto placenta grembo materno utero gravidanza
Figura 1. Feto umano all’interno del grembo. Credits: Shutter Stock

Prima ancora che una donna sia a conoscenza di diventare madre, la placenta inizia già a crescere di dimensioni, e si prepara a ricoprire le funzioni di reni e fegato fin quando il bambino non ha i propri organi ben sviluppati. Intorno alla 12esima settimana, la placenta comincia a “respirare” per conto del feto, fornendogli ossigeno (O2) e nutrienti, ma anche rimuovendo anidride carbonica (CO2) e prodotti di scarto. Inoltre, provvede ad eliminare urea, acido urico e creatinina, a rilasciare ormoni e a svolgere un’azione immunitaria, proteggendo il feto da infezioni e patologie materne.

L’esperimento del dottor Mychaliska

Ricreare tutto ciò che accade all’interno del grembo rappresenta una sfida al limite dell’inverosimile. C’è ancora molto che gli scienziati non sanno riguardo le fasi iniziali dello sviluppo, quando le cellule fetali crescono per diventare organi, arti e tessuti. Ma il Professor George Mychaliska ritiene che sia possibile creare una versione artificiale della placenta, o almeno replicare le sue funzioni principali.

In quanto chirurgo pediatrico, molto spesso si trova di fronte a neonati prematuri che lasciano il grembo troppo presto. Nonostante la medicina moderna sia in grado di salvare molti di loro, sono scarse le possibilità di sopravvivenza per i prematuri aventi meno di 28 settimane. Dei sopravvissuti, inoltre, molti riscontrano dei problemi di salute nel lungo periodo. Questo perché i polmoni non sono completamente definiti fino alla 39esima settimana, e anche le tecniche più delicate di respirazione assistita potrebbero provocare dei danni agli organi del bambino.

Ci troviamo in una situazione di estrema difficoltà e senza via di fuga. Se non facciamo nulla, muoiono. Se vogliamo salvarli… potrebbero sopravvivere, ma probabilmente avranno diversi gradi di malattie polmonari a causa del trattamento stesso a cui vengono sottoposti.

Prof. George Boris Mychaliska

Per più di un decennio, Mychaliska ha lavorato per trovare una soluzione: una placenta artificiale in grado di mantenere in vita i neonati estremamente prematuri finché questi non riescono a respirare in maniera autonoma. Ha già dimostrato la riuscita di questo esperimento mantenendo in vita agnelli prematuri per diverse settimane (Figura 2).

La realizzazione di un apparato di respirazione per un neonato prematuro non è banale, in quanto le piccole dimensioni e la fragile fisiologia del bambino rappresentano una sfida sia dal punto di vista medico che ingegneristico. Il team di Mychalinska ha adattato la tecnologia esistente per lavorare in modo affidabile con i vasi sanguigni più sottili e per sviluppare materiali compatibili con la biologia unica di feti.

Adesso, grazie alle recenti innovazioni, Mychalinska pensa che la placenta artificiale sviluppata dalla sua squadra sia a soli cinque anni dalla sperimentazione umana.

sistema placenta artificiale mychaliska
Figura 2. Il sistema di placenta artificiale realizzato dal team di George Mychaliska. Credits: University of Michigan

Funzionamento del dispositivo

Il sistema progettato svolge la funzione più importante fra quelle di una normale placenta: fornire ossigeno e rimuovere anidride carbonica. Si verifica, infatti, che i polmoni dell’agnello continuano ad essere riempiti di liquido, proprio come dovrebbe accadere all’interno del grembo (Figura 3).

Figura 3. Funzionamento della placenta artificiale. Credits: Chris Philpot

Un tubo endotracheale fisso (1) fa in modo che l’agnello non inizi a respirare e non danneggi quindi i suoi polmoni prematuri.

È presente un catetere inserito nella vena giugulare (2), e una pompa (3) garantisce un flusso di sangue costante da fuori l’animale verso l’ossigenatore (4).

All’interno dell’ossigenatore, il sangue scorre attraverso le fibre cave (5) riempite di ossigeno, e i globuli rossi ricevono questo ossigeno attraverso le membrane delle fibre e danno indietro anidride carbonica.

Il sangue ossigenato poi rifluisce all’interno dell’agnello attraverso un tubo (6) che è inserito nella vena del cordone ombelicale.

La coagulazione del sangue è impedita grazie a un rivestimento di ossido nitrico all’interno del tubo e alla presenza di gas di ossido nitrico all’interno dell’ossigenatore. In questo modo si riescono ad evitare terapie anticoagulanti, che il prematuro non potrebbe sicuramente tollerare.

Un agnello prematuro viene tenuto in vita grazie al sistema di placenta artificiale che provvede a fornire ossigeno e nutrienti. Credits: Neonatal Research

Questioni etiche

Secondo Anna Penn, neonatologa e neuroscienziata della Colombia University, non è ancora chiaro quanto i risultati siano trasferibili dalle pecore agli umani, dato che sono state riscontrate delle differenze tra i cordoni ombelicali e il ritmo con cui si sviluppa il cervello nelle due specie. Anche se la neuroscienziata prevede l’utilizzo futuro delle placente artificiali nelle cliniche, l’effettivo impiego per la cura dei prematuri dipenderà dai benefici e dai rischi sul lungo periodo.

Penso che sia grandioso riuscire a realizzare una placenta artificiale, ma molto probabilmente non sarà mai abbastanza funzionante quanto una placenta sana.

Anna Penn

Anche per i bioeticisti, le placente artificiali sollevano domande insidiose:

Con la fertilizzazione in vitro ormai diventata di routine e le placente artificiali in via di sviluppo, la tecnologia potrebbe alla fine colmare il divario e portare alla realizzazione di uteri artificiali in cui i bambini sono cresciuti senza madri?

Conclusioni

Il dottor Mychaliska non ha tempo per questionare o replicare a possibili dubbi sul piano etico. Preferisce continuare a lavorare e trovare una soluzione per salvare vite.

Anni fa, il suo team condusse un esperimento su un agnello prematuro di 130 giorni (circa 18 settimane), sottoponendolo per tre giorni alla placenta artificiale e poi svezzandolo all’aria aperta.

L’agnellino, battezzato Large Marge, oltre ad essere sopravvissuto all’esperimento, è stato donato a una fattoria dove ha vissuto altri cinque anni senza riscontrare problemi di salute e ha dato alla luce due agnellini (Figura 4). 

large marge agnello placenta artificiale mychaliska
Figura 4. “Large Marge”, la prova vivente della riuscita dell’esperimento. Credits: University of Michigan

Non si tratta solo di prevenire la morte, ma di consentire una vita sana e avere la possibilità di procreare. Questo è il nostro sogno, e, con tutta sincerità, posso dire che ci stiamo avvicinando.

George Mychaliska

Fonti e approfondimenti
  • IEEE Spectrum – The Ultimate Incubator: The Brave New World of Bionic Babies
  • NCBI-PMC – The Artificial Placenta: Is Clinical Translation Next?
MDPHARMA_banner

Informazioni autore

Anna Bandoni

Laureata in Ingegneria Biomedica presso l'Università di Pisa.
Mi piace mettermi in gioco e cerco continuamente di sfidare il perimetro entro il quale sono abituata a stare.
Fin da piccola sono appassionata di scienza e tecnologia.
Grazie ai miei studi ho avuto modo di approfondire i miei interessi e comprendere i legami di due mondi apparentemente lontani come quelli dell'ingegneria e della biologia.

Registrati alla nostra newsletter