Nano-protesi nervose per le lesioni spinali: lo studio italiano

Come si diceva, la ricerca ha fuso due grandi branche: la scienza innovativa dei nanomateriali biologici e la medicina neuro-rigenerativa basata sulle cellule staminali cerebrali umane. Partendo da questi due componenti basilari è stato letteralmente sintetizzato in laboratorio nuovo tessuto nervoso umano le cui caratteristiche sono state pre-determinate dai ricercatori proprio grazie alla possibilità di progettare al computer e poi sintetizzare in laboratorio i nanomateriali biologici. Sintetizzando tali materiali come gel e dotandoli delle proprietà meccaniche e biomimetiche necessarie a supportare e direzionare lo sviluppo delle staminali cerebrali, è stato creato un tessuto nervoso tridimensionale e composto da neuroni umani maturi e relative cellule di supporto (glia) funzionalmente attive. Questi costrutti rappresentano vere e proprie “protesi nervose”, le quali sono state quindi testate in animali con lesioni al midollo spinale.

I risultati sono stati eccellenti poiché, non solo si è ottenuto un miglioramento dell'attecchimento del trapianto rispetto alle tecniche precedenti, ma un oggettiva rigenerazione del tessuto midollare e recupero delle funzioni motorie. Va sottolineato come i materiali disegnati da Fabrizio Gelain siano biocompatibili, sintetici e composti al 99% da acqua e quindi utilizzabili in ambito clinico. Poiché le cellule utilizzate in questi studi sono le stesse staminali cerebrali di grado clinico in uso sui pazienti delle sperimentazioni in pazienti SLA e sclerosi multipla dal prof. Angelo Vescovi, l'applicabilità sul paziente è molto vicina. Lo studio, infatti, è ramo essenziale del progetto congiunto IRCCS Casa Sollievo e Revert Onlus per una sperimentazione clinica su pazienti mielolesi programmata entro i prossimi 2-3 anni.

La possibilità di una progettazione “custom” dei biomateriali nei confronti della patologia di interesse, in questo caso delle lesioni midollari, potrebbe ispirare altre terapie promettenti per la medicina rigenerativa anche nell'ambito della ricostruzione di pelle, cartilagine e tessuto cardiaco infartuato.

La ricerca - I peptidi auto-assemblanti (SAP) sono da tempo il fiore all'occhiello della nanomedicina internazionale applicata alla ricostruzione dei tessuti biologici grazie alle loro uniche qualità come biocompatibilità, purezza e versatilità. Lo studio dimostra, per la prima volta, che con tali materiali interamente sintetici e progettati a livello molecolare in laboratorio, è possibile ottenere strutture cellulari nervose complesse. Le stesse sono dotate di attività elettrica e ottenute da cellule staminali neurali umane. Ciò consente di avere un modello di network di cellule nervose in laboratorio su cui testare futuri farmaci, minimizzando così la sperimentazione animale. E' stato così costituito un primo “patch” nervoso (neuroprotesi) potenzialmente utilizzabile in clinica in futuro, utilizzando solo componenti già approvati in tal senso (es. cellule staminali neurali umane, materiali peptidici sintetici), evitando ad esempio ogni derivato animale. La neuroprotesi, fatta maturare in laboratorio e successivamente trapiantata in lesioni al midollo spinale, incrementa la rigenerazione nervosa. Tutto ciò dimostra come, grazie alla tecnologia dei peptidi autoassemblanti, è possibile customizzare un biomateriale per la specifica applicazione.

Colture cellulari 3D ed ingegneria dei tessuti - Le colture cellulari 3D si prefiggono, tra le altre cose, di poter realizzare in laboratorio modelli di tessuto utili a predire l'effetto che avrebbero farmaci o materiali una volta utilizzati nell'organismo. Affinare tali modelli consente di diminuire significativamente la sperimentazione animale e di migliorare la nostra comprensione di meccanismi legati alla biologia dello sviluppo ed a quella cellulare in generale. Al tempo stesso lo scopo dell'ingegneria dei tessuti è di ripristinare le funzionalità perse di un organo o tessuto a seguito di trauma o patologia. Il denominatore comune alle strategie adottate nell'ingegneria dei tessuti è l'impiego di biomateriali, eventualmente “caricati” con cellule, che siano ben tollerati dal paziente e che siano in grado di fornire, una volta impiantati, un microambiente favorevole alla rigenerazione del tessuto esistente prima della lesione. Tale ricerca apporta pertanto un contributo significativo in entrambi gli ambiti.

I prossimi sviluppi - La missione prioritaria del CNTE è sempre stata quella della ricostruzione delle lesioni croniche e sub-acute al midollo spinale: rispetto al precedente lavoro in quest'ambito, pubblicato anni fa, ora si hanno due preziosissimi vantaggi: poter utilizzare bioprotesi interamente composte da peptidi “custom”, cioè progettate specificatamente per la rigenerazione del midollo spinale; avere sondato le nuove potenzialità offerte dal trapianto di cellule staminali cerebrali umane pre-differenziate. Questi miglioramenti devono ora essere combinati, in un approccio unico al mondo, per finalizzare la ricerca preclinica. In caso di esito positivo si potrà avviare la sperimentazione clinica in pazienti mielolesi. Vista la trasversalità della tecnologia di questi biomateriali innovativi, è oramai ben avviata la formazione di un network di ricerca di eccellenza con altri gruppi di ricerca con lo scopo di sviluppare nuove neuroprotesi per la rigenerazione di altre lesioni nervose (es. trauma cranico), di altri tessuti (es. pelle, cuore) e per il miglioramento di terapie cellulari già utilizzate in clinica (es. trapianto isole pancreatiche).

I dati - In Italia, secondo dati forniti da varie associazioni di pazienti, vivono circa 100mila mielolesi. L'epidemiologia e la letteratura scientifica affermano che ogni anno sul nostro territorio nazionale ci sono circa 1.200 nuovi casi di lesione midollare; ciò significa che ogni giorno, solo nel nostro Paese, almeno tre persone diventano para o tetraplegiche. Ogni anno quindi vi sono circa 3-4 nuovi casi di paraplegia ogni 100.000 abitanti. Circa la metà di questi casi ha subito un grave trauma stradale, il 10% un trauma sportivo mentre nel 20% l'origine della lesione è un infortunio sul lavoro o una caduta, nel 15% una malattia neurologica o altre cause ed infine nel 5% la causa è stata scatenata da una ferita d'arma da fuoco o da tentato suicidio. Nel mondo vi sono circa 2.5 milioni di persone mielolese, con 130mila nuovi pazienti ogni anno.