Fibrosi polmonare idiopatica-Immagine Credito: Julie Leonard-Duke et al. / Scuola di ingegneria e scienze applicate dell’Università della Virginia-
Utilizzando una nuova ricetta per far crescere vasi sanguigni dal tessuto polmonare vivo in laboratorio, un gruppo di ricerca della Scuola di Ingegneria e Scienze Applicate dell’Università della Virginia ha sviluppato uno strumento analitico che potrebbe portare a una cura per la fibrosi polmonare idiopatica o IPF, una malattia polmonare distruttiva.
La fibrosi è una cicatrizzazione cronica dei tessuti e può colpire quasi tutti i sistemi del corpo. Secondo il National Institutes of Health, il Governo stima che il 45% dei decessi negli Stati Uniti possa essere attribuito a disturbi fibrotici. Nei polmoni, la fibrosi limita la respirazione, quindi capire come si formano le cicatrici e, in definitiva, come fermarle, sono questioni essenziali, soprattutto nel caso dell’IPF, una forma di fibrosi polmonare senza causa nota.
Alla ricerca di risposte, l’assistente Professore di Ingegneria chimica Lakeshia J. Taite, sta guidando un team in collaborazione con Shayn M. Peirce-Cottler e la dottorando in ingegneria biomedica, studentessa Julie Leonard-Duke nel laboratorio di Peirce-Cottler che è il titolare della cattedra di Ingegneria Biomedica e Harrison Distinguished Teaching Professor.
Il loro lavoro combina modelli computazionali di come si comportano i vasi sanguigni nel polmone fibrotico sviluppati da Leonard-Duke nel laboratorio di Peirce-Cottler con esperimenti che utilizzano idrogel progettati nel laboratorio di Taite. Il risultato è una nuova piattaforma investigativa per studiare la formazione dei vasi sanguigni, un processo chiamato angiogenesi.
Taite e Pierce-Cottler vogliono comprendere il ruolo dell’angiogenesi, una parte naturale della riparazione dei tessuti dopo un infortunio, quando i polmoni non smettono di cercare di guarire, trasformando il tessuto flessibile in rigido e fibroso fino a quando non funzionano più.
La ricerca è stata pubblicata su Microcirculation, i cui redattori hanno selezionato una figura dell’articolo per inserirlo sulla copertina del numero di agosto 2023.
L’immagine mostra la germogliazione vascolare dal tessuto polmonare del topo impiantato su un idrogel, un biomateriale rigonfio d’acqua che assomiglia a una lente a contatto morbida. Il laboratorio di Taite funzionalizza questi idrogel con molecole bioattive che imitano da vicino i segnali angiogenici che incoraggiano lo sviluppo dei vasi sanguigni.
Per ottenere questa funzionalità, il team di Taite ha accoppiato chimicamente specifici peptidi (stringhe di amminoacidi, gli elementi costitutivi delle proteine) con derivati del polietilenglicole, un comune polimero cristallino disponibile in commercio, per formare un coniugato PEG-peptide. I peptidi vengono acquistati o realizzati utilizzando un sintetizzatore programmabile.
Questo processo in più fasi produce una soffice polvere bianca simile alla miscela di gelatina acquistata in negozio. Sciolte in una soluzione a base acquosa ed esposte alla luce ultravioletta, le molecole si reticolano per formare un materiale morbido, ma solido con cui le cellule polmonari di topo impiantate sulla superficie possono interagire, innescando la crescita di nuove cellule.
“L’idrogel è stato realizzato su misura per avere proprietà meccaniche, ad esempio rigidità ed elasticità, corrispondenti al tessuto polmonare sano“, ha detto Taite. “L’idrogel agisce come la matrice extracellulare nativa delle cellule vascolari, la complessa miscela di proteine, carboidrati e minerali che fornisce importanti spunti per lo sviluppo e il mantenimento dei tessuti.
“L’obiettivo generale del progetto è comprendere i segnali biomeccanici e biochimici dei vasi sanguigni nei polmoni durante lo sviluppo e la progressione della fibrosi“, spiega il ricercatore. Il team sta costruendo sistemi di modellazione di laboratorio per accelerare la ricerca di trattamenti per fermare l’IPF sul nascere.
“Questo progetto rappresenta un nuovo test di angiogenesi che consente di studiare la rigidità della matrice sulla germinazione microvascolare”, ha affermato Taite.
Taite ha iniziato la ricerca subito dopo il suo arrivo all’UVA nel 2021, utilizzando le sue tecniche sperimentali con i modelli computerizzati di Leonard-Duke per convalidare e migliorare i modelli, che a loro volta informano i suoi esperimenti.
“Incorporiamo i dati di questo test di germinazione nei nostri modelli computerizzati che simulano i complessi comportamenti cellulari che contribuiscono alla fibrosi polmonare“, ha affermato Leonard-Duke. “Utilizziamo quindi approcci di intelligenza artificiale e apprendimento automatico per esplorare in modo completo i geni e le proteine che potrebbero essere bersagli per nuovi farmaci”.
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Hanno contribuito alla ricerca anche Anthony C. Bruce, Direttore del laboratorio di ingegneria biomedica e coautore dell’articolo e Samuel Agro, attualmente al secondo anno di dottorato in Ingegneria chimica e studente nel laboratorio di Taite e Yixuan Yuan, che si è laureato in ingegneria chimica nella primavera del 2023.
Agro e Leonard-Duke stanno lavorando alla continuazione del progetto.
Fonte: Microcircolazione
