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Lesioni midollo spinale: stampa 3D favorisce la crescita delle cellule nervose

Un impianto stampato in 3D, due millimetri (leggermente più grande dello spessore di un centesimo) utilizzato come impalcatura per riparare le lesioni del midollo spinale nei ratti. I punti che circondano il nucleo a forma di H sono aree vuote, attraverso le quali le cellule staminali neurali impiantate possono estendere gli assoni nei tessuti ospiti. Foto Jacob Koffler e Wei Zhu, UC San Diego.

Per la prima volta, i ricercatori dell'University of California di San Diego School of Medicine e dell'Institute of Engineering in Medicine hanno utilizzato tecnologie rapide di stampa 3D, per creare un midollo spinale, poi è stata impiantata con successo la struttura, aggiunte le cellule staminali neurali, in zone di grave lesione spinale del midollo nei ratti.

Gli impianti, descritti in uno studio pubblicato nel numero del 14 gennaio di Nature Medicine, hanno lo scopo di promuovere la crescita dei nervi tra le lesioni del midollo spinale, ripristinando le connessioni e la funzione persa. Nei modelli di ratti, queste strutture hanno supportato la ricrescita del tessuto, la sopravvivenza delle cellule staminali e l'espansione degli assoni delle cellule staminali neurali dall'impalcatura e nel midollo spinale ospite.

"Negli ultimi anni ci siamo progressivamente avvicinati all'obiettivo di una rigenerazione evidente e a lunga distanza degli assoni danneggiati nella lesione del midollo spinale, che è fondamentale per qualsiasi vero ripristino della funzione fisica", afferma l'autore co-senior Mark Tuszynski, professore di neuroscienza e direttore del Translational Neuroscience Institute della UC of San Diego School of Medicine. Gli assoni sono le lunghe estensioni filiformi sulle cellule nervose, che si connettono con le altre cellule.

"Il nuovo lavoro ci avvicina ancora di più alla realtà", aggiunge il coautore Kobi Koffler, PhD, assistente scienziato del progetto nel laboratorio di Tuszynski, "perché l'impalcatura 3D ricapitola gli affusolati gruppi di assoni nel midollo spinale. Ciò aiuta a organizzare la rigenerazione degli assoni, per replicare l'anatomia del midollo spinale pre-danneggiato".

Il co-senior autore Shaochen Chen, PhD, professore di nanoingegneria e membro di facoltà nell'Istituto di ingegneria in medicina presso l'UC San Diego, e colleghi hanno utilizzato una tecnologia di stampa rapida 3D, per creare una impalcatura che imitasse le strutture del sistema nervoso centrale.

"Come un ponte, allinea gli assoni rigeneranti da un'estremità del danno midollare  all'altra: gli assoni da soli possono diffondersi e ricrescere in qualsiasi direzione, ma l'impalcatura mantiene gli assoni in ordine, guidandoli a crescere nella giusta direzione, per completare la connessione del midollo spinale", conclude Chen.

"La vascolarizzazione è uno dei principali ostacoli nella progettazione di impianti tissutali che possono durare nel corpo per un lungo periodo", illustra Wei Zhu, PhD, e nanoingegnere del gruppo del prof. Chen. "I tessuti stampati in 3D hanno bisogno di vascolarizzazione per ottenere una quantità sufficiente di nutrizione e scarti di scarico. Il nostro gruppo ha già lavorato su reti di vasi sanguigni stampati in 3D, ma non lo abbiamo incluso in questo lavoro". 

Co-autori includono: Xin Qu, Oleksandr Platoshyn, Jennifer Dulin, John Brock, Lori Graham, Paul Lu e Martin Marsala, tutti all'UC San Diego; e Jeff Sakamoto, Università del Michigan.

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