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Far crescere gli organi e aiutare le ferite a guarire
Un nuovo tessuto elastico realizzato collegando insieme le proteine presenti nel tessuto muscolare potrebbe fornire un'impalcatura per la crescita di nuovi organi. Potrebbe anche essere usato come rivestimento per bende per aiutare le ferite a guarire rapidamente e con meno cicatrici. Il tessuto è stato realizzato nel laboratorio di Kevin Kit Parker , professore alla School of Engineering and Applied Science di Harvard.
Modello proteico: Questo rendering al computer mostra le increspature su un tessuto costituito da proteine. Tali tessuti potrebbero essere usati come impalcature per organi in crescita.
Quando il corpo sviluppa nuovo tessuto, le cellule secernono fibronectina, un tipo di proteina forte ed elastico che funge da impalcatura di supporto. La forma e la struttura che la fibronectina adotta dirige la successiva crescita di nuove cellule, conferendo al tessuto risultante la forma corretta.
Il team di Parker crea il tessuto depositando molecole di fibronectina sopra una superficie polimerica idrorepellente. Questo fa sì che le proteine, che normalmente sono impacchettate, si dissolvano. Successivamente, lo strato proteico viene stampato su un foglio polimerico solubile che attira l'acqua sopra un pezzo di vetro. L'aggiunta di acqua e il riscaldamento della miscela a temperatura ambiente fa sì che le proteine si leghino tra loro per formare il tessuto. Dissolve anche il polimero in modo che il tessuto possa essere staccato e raccolto.
Il team ha realizzato campioni di materiale spesso 10 nanometri e larghi circa 2,5 centimetri. I ricercatori possono controllare l'architettura e le caratteristiche meccaniche del tessuto utilizzando proteine diverse o modificando il modo in cui sono allineate.
Diversi gruppi di ricerca stanno sviluppando modi per far crescere il tessuto sostitutivo in laboratorio, ma una grande sfida è fornire la giusta direzione per la crescita di nuove cellule. I ricercatori hanno precedentemente realizzato impalcature cellulari svuotando le cellule viventi da fegati e cuori raccolti e creando scheletri cellulari fatti di polimeri.
Costruendo il nuovo scaffold dalla proteina in su, il team di Parker può programmare indicazioni di direzione nell'architettura dello scaffold e quindi dirigere la crescita delle cellule nella direzione desiderata. L'uso di proteine naturali piuttosto che polimeri sintetici o organi decellularizzati riduce la probabilità che il nuovo tessuto venga rifiutato una volta impiantato.
In un esperimento, il team di ricerca ha coltivato cellule del muscolo cardiaco sopra un pezzo di tessuto finito. Il tessuto ha fatto sì che le cellule muscolari si unissero per formare un tessuto che batteva, quando stimolato elettricamente, per una settimana.
È un approccio molto intelligente, dice Juan Hinestroza , assistente professore e direttore del Textiles Nanotechnology Laboratory presso la Cornell University. Il controllo dell'architettura del patibolo è davvero, davvero nuovo. E la scalabilità: puoi usarla per creare modelli più grandi.
Oltre a costruire impalcature tridimensionali per la ricostruzione degli organi, il nuovo tessuto potrebbe essere incorporato in bende, accelerando la guarigione delle ferite e riducendo al minimo la formazione di cicatrici.
Il materiale potrebbe anche trovare altri nuovi usi. Una caratteristica interessante è la sua insolita elasticità. La proteina fibronectina, che costituisce il filo di base del tessuto, fa parte del macchinario molecolare che consente ai muscoli di contrarsi e rilassarsi.
[La fibronectina] viene compressa come una molla quando contrai il muscolo e quando ti rilassi lo spinge indietro, afferma Parker. Questa struttura conferisce al tessuto la sua elasticità e consente di allungarlo fino a 18 volte la sua lunghezza originale. Quando tiri il tessuto, dispieghi le proteine, fornendo ulteriore forza, afferma Parker.
Il team di Parker sta esplorando le proprietà meccaniche del nuovo tessuto, esaminandone la resistenza e l'elasticità. Il nuovo metodo di stampaggio potrebbe consentire loro di realizzare tessuti più grandi e complessi. La tecnologia di base non è disponibile, afferma Parker. Ora dobbiamo facilitare le applicazioni spinout.