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Rigenerazione della cartilagine persa
La chiave per convincere le cellule a rigenerarsi potrebbe essere rendere le cose un po' difficili per loro. Thomas Webster , un bioingegnere della Brown University, ha sviluppato materiali impiantabili con trame su nanoscala per imitare la ruvidità dei tessuti viventi.
Cartilagine in crescita: Una cellula cartilaginea cresce su una superficie strutturata rivestita con nanotubi di carbonio.
Ora, il suo team ha scoperto che le cellule della cartilagine possono aderire e crescere più densamente su una superficie ricoperta di nanotubi di carbonio, in particolare quando sono esposte anche a stimolazione elettrica. Webster ritiene che le superfici che incorporano nanotubi di carbonio, che non solo sono strutturati ma sono anche elettricamente conduttive, potrebbero essere una strategia promettente per la progettazione di impianti di cartilagine.
La cartilagine ha una capacità limitata di autoguarigione, quindi la perdita o la lesione del tessuto di imbottitura è un grave problema di salute. Molti laboratori di ricerca hanno sviluppato materiali che imitano le proprietà della cartilagine, nonché impalcature che possono essere seminate con cellule cartilaginee all'esterno del corpo e quindi impiantate nel sito di perdita della cartilagine. Ma uno dei problemi chiave è ottenere la cartilagine nativa di un paziente, un materiale spugnoso e piuttosto inerte che manca di un proprio apporto di sangue, per attaccarsi e integrarsi con un impianto.
Per costruire una superficie più adatta alle cellule, il team di Webster ha utilizzato nanotubi di carbonio, che hanno una superficie ruvida e conducono facilmente elettricità. I ricercatori hanno mescolato i nanotubi in fogli di policarbonato uretano, un polimero approvato dalla FDA. Quando hanno coltivato cellule cartilaginee su questi fogli, le cellule sono cresciute più densamente sulla superficie ruvida rispetto a una superficie liscia in policarbonato.
Le cellule sono cresciute ancora più velocemente quando i nanotubi sono stati stimolati elettricamente, anche se non è chiaro il motivo. La maggior parte delle persone crede che stia cambiando il potenziale di membrana delle cellule, afferma Webster, il che aumenterebbe il numero di ioni calcio, un importante segnale cellulare, che scorre nella cellula.
Perché le cellule sembrano gradire le superfici ruvide? Webster crede che le nanostrutture cambino le proprietà superficiali di un materiale, aiutandolo ad attirare le proteine a cui le cellule si attaccano. Il suo lavoro, creando una superficie nanostrutturata per gli impianti ossei, è stato autorizzato da una startup chiamata Nanovis, che spera di portarlo in prove umane. Il team di Webster ha anche dimostrato che le cellule del tessuto vascolare possono aderire meglio alle superfici nanostrutturate, che potrebbero essere utilizzate per progettare migliori stent vascolari. Crede che i nanotubi di carbonio potrebbero essere incorporati nei materiali utilizzati per realizzare impianti di cartilagine.
Ma Jennifer Elisseeff , un ingegnere dei tessuti presso la Johns Hopkins University, è scettico sul fatto che l'attuale studio, in cui le cellule della cartilagine sono state coltivate in un unico strato, abbia ancora una qualche rilevanza per la rigenerazione della cartilagine. La cartilagine ha davvero bisogno di un'impalcatura 3D, spiega, e può essere difficile tradurre il comportamento delle cellule su una superficie piana in come si comportano in un tessuto tridimensionale. Il team di Webster sta attualmente esaminando se le cellule cresciute in questo modo sono funzionalmente attive come cellule cartilaginee e se possono essere combinate in più strati.