La creazione di un osso artificiale che corrisponda esattamente all’osso naturale – fino al dettaglio microscopico delle minuscole strutture vitali per la differenziazione delle cellule staminali e la rigenerazione ossea – è un Santo Graal per l’ortopedia. Ciò potrebbe aprire le porte a una migliore modellizzazione delle malattie, alla ricerca cellulare in vitro su terapie mirate e allo screening dei farmaci.
I ricercatori della Tandon School of Engineering della New York University e della New York Stem Cell Foundation Research Institute hanno pubblicato nella rivista Advanced Functional Materials, uno studio che descrive in dettaglio un sistema che consente loro di “scolpire” le strutture esatte del tessuto osseo da un materiale biocompatibile.
Le cellule esistono in ambienti all’interno del corpo umano, controllano il loro comportamento e supportano la rigenerazione dei tessuti tramite determinati segnali morfologici e chimici su scala molecolare. Le cellule staminali ossee sono incorporate in una matrice di fibre all’interno di una struttura ossea molto complessa, che in precedenza era sfuggita alla replicazione utilizzando metodi standard.
La piattaforma su cui si basa il nuovo sistema è nota come litografia con sonda a scansione bio-termica (bio-tSPL). Si tratta di scattare una “fotografia” del tessuto osseo naturale con caratteristiche inferiori a 15 nm su un polimero biocompatibile e quindi di utilizzarla come riferimento per la produzione di una replica.
I ricercatori hanno dimostrato che è possibile aumentare il bio-tSPL per produrre repliche ossee di dimensioni utili per studi e applicazioni biomediche e a un costo accessibile: queste strutture possono supportare la crescita di nuove cellule ossee dalle stesse cellule staminali del paziente, suggerendo nuove applicazioni di cellule staminali con un potenziale terapeutico e di ricerca molto ampia, come impianti ortopedici migliorati.
Elisa Riedo accademica nei settori della fisica, delle nanotecnologie e dell’ingegneria, professoressa alla Tandon School of Engineering della New York University, ha guidato lo studio, ha detto:
«La tSPL è un potente metodo di nanofabbricazione che il mio laboratorio ha sperimentato alcuni anni fa, ed è attualmente implementato utilizzando uno strumento disponibile in commercio, il NanoFrazor. Tuttavia, fino ad oggi, limitazioni in termini di produttività e biocompatibilità dei materiali ne hanno impedito l’uso nella ricerca biologica. Siamo molto entusiasti di aver infranto queste barriere e di aver portato la tSPL nel regno delle applicazioni biomediche».
I ricercatori hanno detto che la sua efficacia in termini di tempo e costi, nonché la compatibilità cellulare e la riutilizzabilità delle repliche ossee, potrebbero rendere bio-tSPL una piattaforma ideale per la produzione di superfici che imitano perfettamente qualsiasi tessuto biologico con precisione e dettagli senza precedenti.
Giuseppe Maria de Peppo, ricercatore e scienziato alla New York Stem Cell Foundation e capo del Laboratorio di Rigenerazione e Ingegneria Ossea, ha partecipato alla creazione dell’osso artificiale, ha commentato:
«Sono entusiasta della precisione ottenuta utilizzando la litografia con sonda a scansione bio-termica (bio-tSPL). Le superfici mimetiche ossee, come l’osso riprodotto in questo studio, creano possibilità uniche per comprendere la biologia cellulare e modellare le malattie ossee e per sviluppare piattaforme di screening farmacologico più avanzate; in qualità di ingegnere dei tessuti, sono particolarmente entusiasta che questa nuova piattaforma possa anche aiutarci a creare impianti ortopedici più efficaci per il trattamento dei difetti scheletrici e maxillo-facciali derivanti da lesioni o malattie».