In una prima assoluta nel mondo, gli scienziati dell’Università di Wisconsin-Madison hanno stampato in 3D tessuto cerebrale umano che può crescere e funzionare come quello reale.
“Questo potrebbe essere un modello estremamente potente per aiutarci a capire come le cellule cerebrali e le parti del cervello comunicano negli esseri umani”, ha detto il professor Su-Chun Zhang, docente di neuroscienze e neurologia all’Università di Wisconsin-Madison e autore senior dello studio, in una dichiarazione. “Potrebbe cambiare il modo in cui guardiamo alla biologia delle cellule staminali, alla neuroscienza e alla patogenesi di molti disturbi neurologici e psichiatrici.”
La scoperta ha il potenziale per fornire uno strumento versatile ed efficace per i ricercatori che affrontano alcune delle sfide più importanti nella neuroscienza odierna, come la ricerca di trattamenti per malattie come l’Alzheimer e il Parkinson.
La tecnologia di stampa 3D ha fatto passi da gigante negli ultimi anni, dando vita a una serie di applicazioni impressionanti. Che il tuo tartarugo abbia bisogno di un set di ruote, tu voglia cucinare un bel pasto a due portate o tu voglia guardare un robot simile a un serpente che cresce verso la luce, la stampa 3D può aiutarti con questo.
Ma nonostante i suoi molteplici utilizzi, i tentativi di stampare in 3D tessuto cerebrale hanno avuto un successo limitato. L’innovazione è arrivata quando il team di UW-Madison ha deciso letteralmente di capovolgere il problema.
Invece di impilare strati verticalmente, come avviene nella stampa 3D tradizionale, hanno deciso di lavorare in orizzontale. Hanno fatto crescere cellule cerebrali da cellule staminali pluripotenti indotte, disponendole come una fila di matite all’interno di un gel morbido chiamato “bio-inchiostro”.
“Il tessuto ha ancora una struttura sufficiente per tenere insieme, ma è abbastanza morbido da permettere alle neuroni di crescere l’uno nell’altro e iniziare a comunicare tra loro”, ha spiegato Zhang, il che è vitale se si vuole che il tessuto possa crescere e svilupparsi come farebbe all’interno di un corpo umano.
“Il nostro tessuto rimane relativamente sottile e questo facilita il fatto che i neuroni possano ottenere abbastanza ossigeno e abbastanza nutrienti dal mezzo di crescita”, ha aggiunto il primo autore Yuanwei Yan.
I neuroni possono raggiungere attraverso ogni strato di gel stampato, formando collegamenti all’interno e tra di essi come la rete di connessioni intricate all’interno del cervello. Possono inviare segnali, formare reti e interagire rilasciando neurotrasmettitori. Il team ha persino aggiunto un altro tipo di cellula – gli astrociti – nel tessuto per farli interagire con i neuroni.
“Il nostro laboratorio è molto speciale perché siamo in grado di produrre praticamente qualsiasi tipo di neuroni in qualsiasi momento. Poi possiamo unirli insieme in quasi qualsiasi momento e nel modo che preferiamo”, ha detto Zhang.
Gli autori affermano che questo livello di precisione e controllo va oltre ciò che è possibile con i cosiddetti “mini cervelli”, organoidi cerebrali umani coltivati da cellule staminali. Hanno inoltre testato il loro sistema di stampa 3D producendo tessuti provenienti da due regioni distinte del cervello.
“Abbiamo stampato la corteccia cerebrale e lo striato e ciò che abbiamo scoperto è stato piuttosto sorprendente. Anche quando abbiamo stampato diverse cellule appartenenti a diverse parti del cervello, erano comunque in grado di comunicare tra loro in un modo molto speciale e specifico”, ha spiegato Zhang.
Il team spera che la loro tecnica sia accessibile a molti altri laboratori in quanto non richiede attrezzature sofisticate, ma stanno anche lavorando per miglioramenti per applicazioni più specializzate.
“In passato, abbiamo spesso guardato una cosa alla volta, il che significa che spesso ci siamo persi alcuni componenti critici”, ha detto Zhang. “Il nostro cervello funziona in reti. Vogliamo stampare tessuto cerebrale in questo modo perché le cellule non operano da sole. Parlano tra loro. Così funziona il nostro cervello e deve essere studiato tutto insieme in questo modo per comprenderlo veramente.”
Lo studio è pubblicato sulla rivista Cell Stem Cell.
