Immagine al microscopio elettronico a scansione di cellule endoteliali coltivate sullo scaffold tubulare. Le cellule hanno costruito una barriera biologica risultante in un sistema bioibrido che assomiglia al suo modello naturale. Credito:IIT-Istituto Italiano di Tecnologia
I ricercatori dell'IIT-Istituto Italiano di Tecnologia hanno fabbricato un dispositivo artificiale che riproduce un modello in scala 1:1 della barriera ematoencefalica (BBB), la struttura anatomica e funzionale che protegge il sistema nervoso centrale dalle tossine esterne, ma che controlla anche i farmaci quando vengono iniettati per via endovenosa. Il dispositivo, che è una combinazione di componenti artificiali e biologici, è fondamentale per studiare nuove strategie terapeutiche per superare la barriera ematoencefalica e trattare patologie cerebrali come i tumori.
Lo studio è stato coordinato da Gianni Ciofani, ricercatore all'IIT di Pontedera (Pisa) e Professore al Politecnico di Torino. Il dispositivo è descritto in un articolo pubblicato oggi in Piccolo . È un dispositivo microfluidico che combina componenti artificiali realizzati con tecniche avanzate di microfabbricazione 3D (litografia a due fotoni) e cellule endoteliali.
La microstampa è stata realizzata con avanzate tecnologie di stampa 3D che utilizzano un laser che scansiona un fotopolimero liquido e solidifica il materiale localmente e strato per strato, costruire oggetti 3D complessi con risoluzione submicronica. Utilizzando questa tecnica di fabbricazione, ricercatori sono stati in grado di progettare un accurato, modello in scala reale del BBB realizzato con una resina fotopolimerica. Imitando i microcapillari cerebrali, il modello è costituito da un sistema microfluidico di 50 canali cilindrici paralleli collegati da giunzioni e caratterizzati da pori sulle pareti del cilindro. Ciascuna delle strutture tubolari ha un diametro di 10 µm e pori di 1 µm di diametro uniformemente distribuiti su tutti i cilindri. Dopo la realizzazione del complesso, struttura polimerica simile a un'impalcatura, le cellule endoteliali sono state coltivate intorno al sistema microcapillare poroso. Coprendo la struttura stampata in 3D, le cellule hanno costruito una barriera biologica risultante in un sistema bioibrido simile al suo modello naturale. Il dispositivo ha una dimensione di pochi millimetri e i fluidi possono attraversarlo alla stessa pressione del sangue nei vasi cerebrali.
Immagine confocale del modello di barriera ematoencefalica microfluidica bio-ibrida 3-D:le cellule endoteliali sono state colorate in blu per i nuclei, in rosso per f-actina, in verde per giunzioni strette. Credito:IIT-Istituto Italiano di Tecnologia
Il prototipo è stato sviluppato attraverso un approccio estremamente multidisciplinare basato su competenze di micro-nanofabbricazione, modellistica e dinamica microfluidica.
Nel futuro, i ricercatori utilizzeranno il dispositivo per comprendere l'interazione dei farmaci o dei nanovettori di somministrazione dei farmaci per superare la barriera emato-encefalica e colpire il sistema nervoso centrale. L'obiettivo principale è trovare nuove strategie terapeutiche per il trattamento del cancro al cervello e delle malattie del cervello, come Alzheimer e sclerosi multipla.
