All'interno del cordone ombelicale di un neonato si trovano cellule staminali potenzialmente salvavita che possono essere utilizzate per combattere malattie come il linfoma e la leucemia. Questo è il motivo per cui molti neogenitori scelgono di conservare ("in banca") il sangue del cordone ombelicale del loro bambino ricco di cellule staminali. Ma nel 6-15% delle gravidanze affette da diabete gestazionale, i genitori non hanno questa opzione perché la condizione danneggia le cellule staminali e le rende inutili.

Ora, in uno studio di prossima pubblicazione su Biologia delle comunicazioni , i bioingegneri dell'Università di Notre Dame hanno dimostrato che una nuova strategia può ripristinare le cellule staminali danneggiate e consentire loro di far crescere di nuovo nuovi tessuti.

Al centro di questo nuovo approccio ci sono le nanoparticelle appositamente progettate. Con un diametro di soli 150 nanometri, circa un quarto delle dimensioni di un globulo rosso, ogni nanoparticella sferica è in grado di immagazzinare la medicina e consegnarla solo alle cellule staminali stesse attaccandosi direttamente alla superficie delle cellule staminali. Grazie alla loro speciale formulazione o "tuning", le particelle rilasciano il medicinale lentamente, rendendolo altamente efficace anche a dosi molto basse.

Donny Hanjaya-Putra, un assistente professore di ingegneria aerospaziale e meccanica nel corso di laurea in bioingegneria a Notre Dame che dirige il laboratorio in cui è stato condotto lo studio, ha descritto il processo usando un'analogia. "Ogni cellula staminale è come un soldato. È intelligente ed efficace; sa dove andare e cosa fare. Ma i 'soldati' con cui stiamo lavorando sono feriti e deboli. Fornendo loro questo 'zaino' di nanoparticelle, noi stanno dando loro ciò di cui hanno bisogno per lavorare di nuovo in modo efficace."

Il test principale per le nuove cellule staminali dotate di "zaino" era se potessero formare nuovi tessuti o meno. Hanjaya-Putra e il suo team hanno testato le cellule danneggiate senza "zaini" e hanno osservato che si muovevano lentamente e formavano tessuti imperfetti. Ma quando Hanjaya-Putra e il suo team hanno applicato gli "zaini", le cellule staminali precedentemente danneggiate hanno iniziato a formare nuovi vasi sanguigni, sia quando inserite in polimeri sintetici che quando impiantate sotto la pelle dei topi di laboratorio, due ambienti pensati per simulare le condizioni del corpo umano .

Sebbene possano passare anni prima che questa nuova tecnica raggiunga le strutture sanitarie reali, Hanjaya-Putra ha spiegato che ha il percorso più chiaro di qualsiasi metodo sviluppato finora. "I metodi che prevedono l'iniezione del medicinale direttamente nel flusso sanguigno comportano molti rischi ed effetti collaterali indesiderati", ha affermato Hanjaya-Putra. Inoltre, nuovi metodi come l'editing genetico devono affrontare un lungo viaggio verso l'approvazione della Food and Drug Administration (FDA). Ma la tecnica di Hanjaya-Putra utilizzava solo metodi e materiali già approvati per l'ambiente clinico dalla FDA.

Hanjaya-Putra ha attribuito il successo dello studio a un gruppo di ricercatori altamente interdisciplinare. "Questa è stata una collaborazione tra ingegneria chimica, ingegneria meccanica, biologia e medicina, e ho sempre scoperto che la scienza migliore si trova all'intersezione di diversi campi."

L'autore principale dello studio era l'ex studente post-dottorato di Notre Dame Loan Bui, ora membro della facoltà dell'Università di Dayton in Ohio; la biologa delle cellule staminali Laura S. Haneline e l'ex borsista post-dottorato Shanique Edwards della Indiana University School of Medicine; Le studentesse di dottorato in Bioingegneria di Notre Dame Eva Hall e Laura Alderfer; Gli studenti universitari di Notre Dame Pietro Sainaghi, Kellen Round e la valedictorian 2021 Madeline Owen; Prakash Nallathamby, assistente professore di ricerca, ingegneria aerospaziale e meccanica; e Siyuan Zhang del Southwestern Medical Center dell'Università del Texas.

I ricercatori sperano che il loro approccio venga utilizzato per ripristinare le cellule danneggiate da altri tipi di complicazioni della gravidanza, come la preeclampsia. "Invece di scartare le cellule staminali", ha detto Hanjaya-Putra, "in futuro speriamo che i medici saranno in grado di ringiovanirle e usarle per rigenerare il corpo. Ad esempio, un bambino nato prematuro a causa della preeclampsia potrebbe dover rimanere in la terapia intensiva neonatale con un polmone di forma imperfetta. Speriamo che la nostra tecnologia possa migliorare i risultati dello sviluppo di questo bambino". + Esplora ulteriormente

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