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I ricercatori della Duke University hanno catturato video time-lapse di giovani cellule neurali che si muovono e crescono all’interno di una nuova struttura sintetica biocompatibile 3D. Osservando letteralmente come le cellule rispondono ai segnali biochimici naturali incorporati nel materiale, gli ingegneri biomedici sperano di sviluppare biogel in grado di riparare e far ricrescere il tessuto cerebrale dopo un ictus o un altro trauma.

I risultati appariranno online il 22 giugno sulla rivista Advanced Materials.

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Guarda come le cellule neurali primordiali danzano, crescono e persino muovono impalcature 3D progettate per curare lesioni cerebrali dovute a ictus e altri traumi. Decorare l'impalcatura con vari nutrienti e segnali biochimici consente ai ricercatori di controllare quali tipi di tessuti cerebrali diventano. Crediti: Katrina Wilson e Ken Kingery, Duke University.

Riparare e far ricrescere il tessuto cerebrale è un compito difficile. Lasciato a se stesso, il cervello non rigenera le sinapsi, i vasi sanguigni o altre strutture perdute dopo aver subito un infortunio, come ad esempio un ictus. Il tessuto cerebrale morto viene invece assorbito, lasciando dietro di sé una cavità priva di qualsiasi cosa riconoscibile come tessuto cerebrale sano.

Ma ciò non ha comunque impedito ai ricercatori di provare a rigenerare cervelli danneggiati. Un approccio comune utilizzato dagli ingegneri biomedici è quello di fornire un nuovo mezzo in cui i diversi pezzi di tessuto cerebrale possano spostarsi, caricato con vari nutrienti e istruzioni biologiche per incoraggiare la crescita.

Mentre gli scienziati del settore hanno storicamente cercato un biomateriale omogeneo e gelatinoso per supportare la ricrescita neurale, Tatiana Segura, professoressa di ingegneria biomedica alla Duke University, ha sviluppato un approccio diverso. Il suo biomateriale costruito per incoraggiare tutti i tipi di guarigione e crescita è costituito da milioni di minuscole sfere gelatinose impacchettate insieme per formare un'impalcatura stabile.

"La maggior parte degli altri laboratori utilizza idrogel non porosi che sono una sorta di enorme pezzo di gelatina e le cellule devono corroderlo prima di poter depositare il materiale per ricrescere", ha detto Segura. "Le nostre sono più simili ad arance morbide confezionate in una scatola, che fornisce un mucchio di tasche e spazi vuoti in cui le cellule possono muoversi e crescere."

L’approccio a scatola di arance – chiamato scaffold con particelle ricotte microporose (MAP) – si è dimostrato promettente in un ampio numero di tessuti come la pelle e le ossa. E nel 2018, è stato dimostrato che riduce l’infiammazione e promuove la migrazione delle cellule progenitrici neurali (NPC) nella lesione da ictus.

Questa osservazione ha portato Katrina Wilson, dottoranda nel laboratorio di Segura, a progettare scaffold MAP per guidare ulteriormente il modo in cui queste cellule progenitrici si differenziano. Non così immaturi e abili come le cellule staminali, i progenitori neurali sono ancora in grado di diventare la maggior parte, se non tutti, i tipi di cellule presenti nel cervello. Essere in grado di dire loro dove andare e cosa diventare sarebbe un vantaggio per lo sviluppo di trattamenti di guarigione del cervello.

Nel corpo umano, le cellule staminali e le cellule progenitrici rispondono ai segnali biologici provenienti da varie strutture e proteine ​​che si trovano intorno a loro. Una fonte di istruzioni proviene dalle proteine ​​laminina che costituiscono l'impalcatura biologica del corpo chiamata matrice extracellulare.

Nel nuovo articolo, Wilson ha incorporato diverse combinazioni di porzioni di queste proteine ​​chiamate peptidi all'interno della sua impalcatura sintetica MAP e poi ha osservato cosa è successo, letteralmente. Ha creato video time-lapse nel corso di diversi giorni che mostrano come le cellule progenitrici rispondono all’impalcatura MAP dipinta con peptidi.

"Abbiamo visto le cellule attaccarsi all'impalcatura nel tempo e spostarla fisicamente", ha detto Segura. “La pensavamo semplicemente come una palestra nella giungla con i bambini che ci giocavano. Ma non è quello che abbiamo visto, le cellule esercitano forze fisiche sull’impalcatura sufficienti a farla muovere”.