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Tessuti e Organi Artificiali

Endo-Human Skin Equivalent: nuovo metodo di rigenerazione dell’apparato cutaneo in vitro

Scritto da Gianluca Tortora
A dare un forte contributo innovativo nella realizzazione di strutture in vitro sempre più fedeli alle rispettive controparti in vivo, uno studio interamente italiano sulla rigenerazione dell’apparato cutaneo guidato dal professore Paolo Antonio Netti (Dipartimento di Ingegneria Chimica, dei Materiali e della Produzione industriale), neo-presidente del corso di laurea magistrale in Industrial Bioengineering dell’Università degli Studi di Napoli “Federico II”, coadiuvato dai ricercatori del CRIB Costantino Casale, Giorgia Imparato e Francesco Urciuolo del Center for Advanced Biomaterials for HeathCare.

 

Il nucleo della ricerca ruota attorno ad un frequente fenomeno di non perfetta riproducibilità di un qualsivoglia tessuto nativo nella relativa riproposizione in laboratorio. In special modo, trattando artificialmente compartimenti cellulari dello strato cutaneo su scaffold funzionalizzati, si è osservato come in un ambiente esogeno non si ottenesse una completa replica di tutte le conformazioni della pelle tra cui, ad esempio, i bulbi piliferi.

 

Il ruolo della Matrice Extracellulare (ECM)

Lo studio, reso pubblico sulla rivista di settore Biomaterials, ha evidenziato come le tecniche comunemente utilizzate nella realizzazione di artefatti tridimensionali non permettessero l’esatta riproduzione dell’habitat in cui le cellule sono normalmente immerse. Da qui il perché della mancata somiglianza strutturale del tessuto artificiale con quello naturale originario. In questo problema gioca un ruolo fondamentale la matrice extracellulare (ECM – Extra Cellular Matrix), la cui parte nel complesso delle attività cellulari è stata decisamente rivalutata nel corso degli ultimi anni. Essa non è più considerata come un semplice contenitore inerte, ma un vero e proprio deposito di agenti biochimici come morfogeni e fattori di crescita, insomma il “materiale” più adatto per i processi di rigenerazione.

 

La ricerca

Lo scopo della ricerca portata avanti dal gruppo capitanato dal professor Paolo Antonio Netti è stato quello di ricreare in vitro il corretto contesto in 3D (HSE – Human Skin Equivalent, Pelle Umana Equivalente) che permettesse la formazione di strutture simili a quelle trovate nel corpo umano, tra cui i follicoli piliferi. Essi sono delle appendici molto articolate della pelle, difficilmente replicabili, la cui genesi è avviata da una serie di interazioni tra il derma e l’epidermide. L’obiettivo è stato quello di indurre tale processo attraverso l’utilizzo della ECM prodotta dagli stessi fibroblasti come guida per l’embriogenesi follicolare.

 

Scaffold e maturazione

I fibroblasti umani, seminati su carrier di gelatina porosa posta per nove giorni in uno spinner flask e successivamente in un bioreattore dinamico per sei settimane, hanno prodotto come risultato un vero e proprio tessuto dermico umano (HDE – Human Dermis Equivalent) interamente composto dagli stessi fibroblasti immersi nella propria matrice extracellulare. La degradazione della gelatina ha permesso, al tempo stesso, la sintesi e l’assemblaggio della matrice che, al termine del processo, presentava proprietà meccaniche ideali al sostegno dei fibroblasti ed all’opposizione alle loro forze di trazione. Il passo successivo è stato quello di seminare, superate le sei settimane, cellule epidermiche sull’HDE. Con la crescita di quest’ultimo strato, è stato ottenuto un nuovo modello di pelle umana equivalente multilivello (ribattezzato Endo-HSE). La differenza fondamentale con i precedenti prototipi si è avuta nell’uso non più appunto di una matrice inerte sintetica, da qui quindi l’innovazione principale, ma della stessa prodotta dai fibroblasti.

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Risultati e sviluppi futuri

Ciò che più di tutto ha stupito i ricercatori è stata la straordinaria somiglianza istologica e funzionale dell’Endo-HSE con la rispettiva controparte in vivo: la struttura a rete dell’interfaccia derma-epidermide, l’epitelio stratificato ma soprattutto la presenza di “appendici” simili a quelle presenti nello stato embrionale della folliculogenesi sono le caratteristiche preminenti osservate. Esse rendono l’ Endo-HSE il modello più adeguato da utilizzare in sperimentazioni di vario genere come quelle, ad esempio, incentrate sulla comprensione dei meccanismi di progressione del melanoma.

In futuro si potrebbe, inoltre, tentare di dare origine anche al fusto del pelo stesso, avvalendosi delle cellule staminali follicolari. Tale strada aprirebbe una corsia preferenziale nel trattamento, attraverso un impianto esogeno e compatibile col paziente, di disturbi quali la calvizie ereditaria o, in maniera ancora più ambiziosa, delle ustioni gravi.

 

Approfondimenti e fonti
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Informazioni autore

Gianluca Tortora

E’ laureato alla triennale di Ingegneria Biomedica presso l’Università Degli Studi di Napoli “Federico II”. Appassionato del mondo tecnologico applicato all’ambito bio, ha deciso di proseguire il proprio percorso specialistico in Ingegneria Elettronica al Politecnico di Torino.

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