Immagine, un’immagine al microscopio elettronico della seta lavorata che mostra i pori allungati ideali per la semina di cellule staminali cardiache. Credito: UNSW.
Gli ingegneri biomedici della UNSW sono vicini allo sviluppo di cerotti cardiaci per i cuori danneggiati, dopo aver perfezionato un metodo per creare biomateriali che promuovono la crescita delle cellule staminali cardiache. Hanno dimostrato di poter utilizzare la seta congelata per riparare un cuore danneggiato. Come? Con una stampante 3D, ghiaccio secco, uno stampo in silicone e una lastra di rame.
La Dr.ssa Jelena Ranjak-Kovacina della UNSW Sydney Graduate School of Biomedical Engineering’s e lo studente Habib Joukhadar, hanno sviluppato nuovi modi di usare la seta, un biomateriale che si adatta perfettamente al cerotto cardiaco e a cui le cellule staminali del cuore sane si attaccano e crescono.
L’idea alla base dei cerotti cardiaci è quella di far crescere il tessuto cardiaco in un laboratorio usando la seta come una sorta di ponteggio che forma cellule staminali cardiache in modo da imitare il tessuto nativo per sostituire il tessuto cicatriziale nel cuore di un paziente.
Una delle sfide è far sì che le cellule si sistemino in modo altamente organizzato e allineato con il muscolo cardiaco.
Se le cellule potranno essere coltivate in un modo che imitano la struttura e la disposizione del muscolo cardiaco, i ricercatori potranno sviluppare cerotti cardiaci funzionali.
Ma come si fa a far crescere in laboratorio le cellule in modo che assomiglino alle cellule del muscolo cardiaco, i cardiomiociti in un cuore vivo e pulsantte?
E’ qui che la ricerca del Dr. Rnjak-Kovacina inizia a farsi strada.
Il ricercatore ha posto al Dr.Joukhdar il problema di trovare il modo migliore per controllare l’architettura della seta in cui cresceranno le cellule. Joukhdar ha risposto alla sfida creando stampi personalizzati in silicone con una stampante 3D. Successivamente, ha versato una soluzione di seta e acqua nello stampo, che ha poi posizionato su un piatto di rame raffreddato dal ghiaccio secco. Lentamente, l’acqua nella soluzione di seta ha iniziato a trasformarsi in ghiaccio, congelandosi costantemente in una sola direzione dal fondo dello stampo fino a raggiungere la cima della soluzione. Dopo aver liofilizzato il blocco di seta congelata, Joukhdar ha effettivamente rimosso il ghiaccio da esso, lasciandolo con pori allungati che correvano in una sola direzione. La struttura della seta ora segue l’esatta struttura dei cristalli di ghiaccio e si scopre che è notevolmente simile alla configurazione del muscolo cardiaco al microlivello
“Controlliamo la struttura dell’impalcatura di seta semplicemente controllando il congelamento dell’acqua al suo interno. Questo ci consente di creare un modello di queste architetture molto complesse all’interno dell’impalcatura, che a loro volta controllano il comportamento delle cellule “, afferma il Dott. Rnjak-Kovacina.
Joukhdar spiega che una parte cruciale del processo di congelamento è che l’acqua si trasforma in ghiaccio progressivamente, muovendosi in una direzione, piuttosto che da tutte le direzioni, come accadrebbe in un congelatore convenzionale.
“La seta è una proteina. Mentre il ghiaccio inizia a crescere attraverso la soluzione di seta, questa proteina si raccoglie attorno al ghiaccio in crescita”, afferma Joukjadar. “Mentre il ghiaccio si sposta verso l’alto, allontana questa proteina. Quindi, quando è completamente congelata, puoi rimuoverla e presenterà i pori che sono un cast negativo nella seta, di ciò che era il ghiaccio”.
Tutto sul controllo
Può sembrare abbastanza semplice, ma i tempi, la temperatura e i tassi di congelamento sono fondamentali per costruire la seta con pori nella giusta forma e struttura che consente la crescita dei cardiomiociti.
“Se cambi la struttura del ghiaccio, cambi la morfologia dei pori della struttura della seta. Ad esempio, è possibile allargare i pori finali aggiungendo più seta”.
Il Dott. Rnjak-Kovacina afferma che la loro ricerca sul congelamento di soluzioni di seta e la sperimentazione di diverse architetture di biomateriali renderanno il processo molto più economico e accessibile rispetto a quello attualmente disponibile nei laboratori biomedici. Potrebbe anche essere usato per creare diversi modelli di altre strutture tissutali nel corpo umano.
“È un sistema estremamente accessibile che Habib sta perfezionando”, afferma il ricercatore. “Penso che molti più laboratori in tutto il mondo utilizzeranno questo nuovo design. Al momento, questo livello di controllo dei biomateriali è disponibile solo per alcuni gruppi in tutto il mondo, perché è molto più costoso e l’attrezzatura necessaria è molto più complicata”.
Fonte,UNSW
