|
Articolo pubblicato il 17-06-2005
Cristina Morelli e Mauro Tognon
Dipartimento di Morfologia ed Embriologia, Sezione di Istologia ed Embriologia
Università degli Studi di Ferrara
Numero 17 - Anno 2
17 Giugno 2005
|
|
 Ricerche di frontiera in biomedicina. Nuovo brevetto italiano per saggiare la compatibilità di protesi con tessuti umani: le cavie di laboratorio ringraziano le meduse!
Uno degli obiettivi attuali della ricerca biomedica è di ripristinare
organi o tessuti alterati inducendone la rigenerazione da parte dell’organismo.
Tale obiettivo sta per concretizzarsi grazie ad una nuova materia multidisciplinare:
l’ingegneria dei tessuti.
Essa costituisce la sintesi delle conoscenze nei campi della
biologia molecolare e cellulare, dell’istologia, delle tecnologie biomediche e dei
biomateriali, ponendosi come un settore di frontiera delle scienze biomediche.
Per alcuni tessuti, come ad esempio la pelle, sono già disponibili materiali
innovativi, denominati biomateriali, che “risvegliando” le giuste cellule nel
paziente, favoriscono la rigenerazione del tessuto che temporaneamente vengono
chiamati a sostituire.
In questo contesto risulta evidente che i biomateriali devono consentire la
mobilitazione e l’aumento del numero delle cellule, ma nello stesso tempo
non devono influenzare le caratteristiche naturali delle cellule stesse.
La valutazione di questo ultimo parametro per i biomateriali di nuova
sintesi è l’elemento determinante per il loro eventuale impiego umano.
Tale valutazione riveste un’importanza ancora maggiore per quei tessuti
altamente organizzati e specializzati, come ad esempio il tessuto osseo.
Le caratteristiche di resistenza, stabilità ed elasticità dell’osso sono
infatti garantite da una precisa e coordinata azione di due popolazioni
di cellule ossee. Gli osteoblasti sono i responsabili della produzione
di matrice ossea, mentre gli osteoclasti, assicurano l’eliminazione
delle porzioni di osso non più correttamente funzionanti.
L’utilizzo di protesi di vario tipo è ormai prassi consolidata da numerosi anni
in ambito ortopedico, ma fino ad ora la scelta dei materiali protesici
si è basata soltanto sulla loro tollerabilità, vale a dire sulla
mancanza di reazioni infiammatorie o di effetti tossici.
FIGURA 1 - Immagine della medusa Aequorea victoria, nel cui patrimonio genetico è presente il tratto di DNA che codifica per la proteina fluorescente verde.
Di conseguenza, il buon esito di tali interventi non è
assolutamente prevedibile, dipendendo unicamente dalla
risposta soggettiva del paziente. I biomateriali di nuova concezione,
invece, sono strutturati in modo da attivare esclusivamente le cellule
necessarie per una corretta rigenerazione locale del tessuto osseo.
E’ evidente che una rigorosissima valutazione scientifica deve essere preliminare
all’applicazione clinica nell’uomo di questo tipo di materiali, per evitare
la formazione di tessuti che non rispondono alle esigenze del paziente. Fino
ad oggi l’unica metodologia per tale caratterizzazione era rappresentata dall’utilizzo
di animali da laboratorio. Era necessario indurre delle fratture traumatiche estese,
che venivano poi trattate con il biomateriale in esame.
Dopo un certo tempo si andava a verficare in questi animali la quantità e
la qualità del tessuto osseo di nuova formazione.
I problemi etici, le difficoltà di gestione, i tempi di realizzazione ed i costi di una sì
fatta procedura sono facilmente immaginabili. Grazie alle metodologie del DNA ricombinante
e all’ingegneria genetica, nel laboratorio del Prof. Mauro Tognon dell’Università degli
Studi di Ferrara, il gruppo di ricerca coordinato dalla Dott.ssa Cristina Morelli ha
sviluppato e brevettato un sistema cellulare in grado di aggirare la necessità dell’impiego
di animali da laboratorio in questa fase della sperimentazione.
I ricercatori ferraresi
hanno coltivato e modificato geneticamente delle cellule ossee umane, inserendo nel loro
patrimonio genetico una porzione di DNA proveniente da una medusa, l’Aequorea victoria
(Fig. 1). Questa medusa attira le sue prede brillando nel buio sottomarino grazie alla
produzione di una proteina fluorescente verde.
La porzione di DNA necessaria per la
produzione di questa proteina, leggermente modificata per aumentarne la lunimosità,
è stata appunto inserita nelle cellule umane, rendendole fluorescenti. Una serie
estremamente dettagliata di esperimenti molecolari su queste cellule ibride ha
dimostrato che la presenza della proteina fluorescente non ha minimamente alterato
le caratteristiche ossee delle cellule umane.
Le cellule ingegnerizzate mantengono
dunque la capacità di formare tessuto osseo esattamente come succede nell’organismo
umano, ed inoltre sono facilmente riconoscibili, grazie alla produzione della proteina
fluorescente. Queste cellule rappresentano quindi un ottimo sistema per determinare
efficacemente e velocemente in laboratorio la capacità di nuovi biomateriali di indurre
la formazione di tessuto osseo, la cui quantità e qualità può venire facilmente valutata
senza dover ricorrere all’uso indiscriminato di animali da esperimento.
FIGURA 2 - Immagine di microscopia a fluorescenza che mostra dal vivo le cellule ingegnerizzate che crescono su un supporto di carbonio utilizzato nella pratica ortopedica. Le cellule sono facilmente identificabili grazie alla loro fluorescenza verde, assicurata dal gene della medusa Aequorea victoria.
La fase
di sperimentazione sugli animali potrà infatti essere ristretta soltanto a
quei materiali che si sono dimostrati efficaci durante lo studio in laboratorio.
Nello specifico, questo modello cellulare può essere utilizzato per la caratterizzazione in
vitro di biomateriali come segue:
1) Osservazione diretta mediante microscopia a fluorescenza delle cellule vive su qualsiasi tipo di biomateriale, di qualunque forma tridimensionale (Fig. 2). Questo permette di avere indicazioni su
- Distribuzione delle cellule sul biomateriale
- Capacità di colonizzazione del biomateriale da parte delle cellule
- Morfologia delle cellule adese al biomateriale
2) Determinazione del numero di cellule adese a qualsiasi tipo di biomateriale, di qualunque forma tridimensionale. Il modello cellulare proposto permette questa determinazione mediante una semplice lettura fluorimetrica, evitando qualsiasi tipo di manipolazione delle cellule o incubazione con sostanze traccianti.
3) Determinazione della capacità proliferativa delle cellule su qualsiasi tipo di biomateriale, di qualunque forma tridimensionale. Letture fluorimetriche successive permettono infatti di calcolare la variazione del numero di cellule sul biomateriale.
4) Valutazione dell’interferenza del biomateriale sulle caratteristiche istologiche delle cellule adese. La linea cellulare ingegnerizzata mantiene infatti le proprietà istologiche tipiche degli osteoblasti, come dimostrato a livello molecolare mediante caratterizzazione dell’espressione di marcatori tessuto-specifici, mantenimento delle proprietà biologiche ed organizzazione citoscheletrica. Qualsiasi variazione di tali parametri può essere facilmente verificata mediante immunofluorescenza o saggi enzimatici condotti direttamente sulle cellule adese al biomateriale.
Ci auguriamo che l’esperienza dei ricercatori dell’Università di Ferrara possa servire da esempio per la creazione di nuovi sistemi cellulari che permettano di evitare o limitare la sperimentazione in vivo. Grazie alle attuali conoscenze di biologia cellulare e molecolare e alle tecniche dell’ingegneria genetica è possibile infatti progettare e sviluppare sistemi specifici virtualmente per ogni campo di applicazione finale nell’ambito dell’ingegneria dei tessuti.
Per informazioni sul brevetto e sull’invenzione scrivere a Cristina Morelli e Mauro Tognon (e-mail: )
|
Autore: Cristina Morelli e Mauro Tognon
Dipartimento di Morfologia ed Embriologia, Sezione di Istologia ed Embriologia
Università degli Studi di Ferrara
Scarica questo articolo nel tuo computer
 
© 2005 Scienzaonline.com
|
|
|
