Il futuro della medicina rigenerativa

Il futuro della medicina rigenerativa

“La medicina rigenerativa è il futuro.”

 

Sentiamo spesso pronunciare questa frase, come un augurio che confonde il possibile con il futuribile. Anche se le cellule staminali sono già oggi una concreta opportunità terapeutica, la rigenerazione cela il mito di un avvenire capace di esaltare il potere biologico dell’uomo come soluzione di ogni suo male. La ricerca lavora indefessamente per raggiungere giorno dopo giorno, progetto dopo progetto, un obiettivo chimerico: la riparazione di tessuti e organi come strumento per guarire da tutte le patologie, invecchiamento compreso. Se dovessimo quantificare il progresso verso questa meta tanto ambiziosa, saremmo costretti ad ammettere, in maniera arbitraria, di non essere nemmeno nel primo punto percentuale dell’opera. Ci sono tecnologie, però, che stanno permettendo alla medicina di fare balzi in avanti incredibili e che ci consentono di immaginare il futuro, se non lontano almeno prossimo, di questa disciplina.

 

Stampa 3D

La stampa 3D (o 3D printing) è una tecnologia che sta spopolando nei settori più disparati. Si tratta di un metodo veloce, semplice e affidabile per realizzare oggetti tridimensionali a partire da un modello digitale attraverso una produzione additiva, ovvero di costruzione strato dopo strato. La rivoluzione portata nel campo medico non riguarda solo la rigenerazione dei tessuti, ma anche la possibilità di modellare protesi a perfetta misura del paziente. Nella medicina rigenerativa, invece, la tecnologia del 3D printing può permettere di stampare organi interi oppure di stampare matrici di ricostruzione completamente autologhe.

La stampa di organi interi potrebbe cambiare radicalmente l’aspettativa di vita dei pazienti in lista di attesa di un trapianto. Negli Stati Uniti sono circa 113’000 le persone in lista d’attesa (in Italia se ne registrano 8’713 a dicembre 2018) e circa 20 i decessi che ogni giorno si contano per mancanza di un donatore. Il 3D printing non solo cela un’alternativa ai pazienti in attesa, ma offre una soluzione perfettamente modellata sulla loro anatomia. L’inchiostro con cui vengono stampati è composto, di fatto, da polimeri e cellule. Le sfide in questo campo sono diverse, a partire dalla scelta del biomateriale, che deve essere perfettamente biocompatibile, allo stesso tempo resistente, fino ad arrivare alla complessa geometria cellulare che compone i tessuti quasi impossibile da replicare artificialmente. Non si tratta di una passeggiata nel caso di organi come il cuore o il rene, dove la sfida resta aperta, ma in alcuni casi il 3D printing è stato già utilizzato con successo per cambiare radicalmente il corso della vita di un paziente bisognoso. Riportiamo l’esempio di un ragazzo che ha ricevuto uno dei primi trapianti di vescica stampata tridimensionalmente, in questo TedTalk.

Infine, la stampa 3D autologa è una novità che ha lo scopo di produrre matrici con modalità additiva sfruttando come bio-inchiostro cellule ed elementi della matrice extracellulare di esclusiva origine autologa, ovvero del paziente stesso. Si tratta di matrici dermiche, ma in futuro potrà essere usato anche per altri tessuti come l’osso e la cartilagine, dove il grasso del paziente viene processato per diventare a tutti gli effetti un bio-inchiostro. Sulla base di uno stampo modellato tridimensionalmente sulla scansione della ferita, vengono stampate la matrice extra-cellulare e le singole cellule in una procedura della durata di un semplice intervento chirurgico.

 

Decellularizzazione

È il concetto opposto della stampa 3D perché fa vantaggio di una produzione sottrattiva anziché additiva. Apre un grande scenario nel mondo dell’ingegneria tissutale e, anche in questo caso, rivoluziona il concetto di trapianto. Si tratta dell’eliminazione completa delle cellule di un tessuto o di un organo attraverso metodiche che possono essere enzimatiche o chimiche. Il prodotto finale è uno “scheletro” di sostegno dell’organo, composto in maniera esclusiva dalla matrice extracellulare. Un organo decellularizzato appare del tutto bianco/trasparente e agisce come perfetta guida per la ricostruzione del tessuto che avviene attraverso la perfusione di nuove cellule. Se non fosse già ovvio al lettore, il vantaggio di sostituire le cellule di un organo con altre è quello di poter usare materiale di origine animale, che altrimenti sarebbe rigettato a seguito di impianto, o da altri donatori non compatibili. È disponibile un video di cui consigliamo la visione.

 

Macchine per zucchero filato (sì, avete letto bene)

Nei trapianti un aspetto critico è la rivascolarizzazione.

Un organo, per sopravvivere, ha bisogno di sangue e questo significa essere raggiunto da capillari, strutture dieci volte più piccole, in diametro, di un capello. Al momento, si tratta di una sfida impossibile per la stampa 3D. Una macchina per zucchero filato, però, può creare fibre di polimero di quella grandezza con facilità ed efficienza. Una volta ottenuta una massa di microfibre simile alla rete capillare, questa viene ricoperta da un hydrogel perfettamente biocompatibile e in grado di sostenere la rigenerazione tissutale. La massa di microfibre immersa nell’hydrogel è posizionata in un incubatore, dove una specifica temperatura permette la dissoluzione delle fibre, lasciando al solo hydrogel la struttura geometrica dei capillari sanguigni. Se non volete perdervi l’immagine dello zucchero filato in un laboratorio di ricerca, cliccate su questo video.

 

Terapia cellulare e terapia genica

Le tecnologie finora trattate riguardano il trapianto d’organo o di tessuto. Non sono sufficienti però quando un paziente ha una patologia complessa o sistemica, dove la sostituzione di una “parte” non risolve il problema. Per tutto il resto, la promessa più grande è offerta dalla terapia cellulare e dalla terapia genica. Bisognerebbe scrivere libri e non piccoli trafiletti su questo argomento, ma qui ci proponiamo solo di accennare a quelle scoperte che più di altre sono metaforicamente il “motore a vapore” della medicina, in grado di cambiare le regole del gioco del settore. Per quanto riguarda la terapia cellulare, la più grande rivoluzione è avvenuta grazie allo sviluppo delle cosiddette iPSC (acronimo di induced Pluripotent Stem Cells).

Ne avevamo accennato in un nostro articolo e si tratta di una tecnologia che permette di ottenere cellule staminali pluripotenti, e di conseguenza qualsiasi altra cellula adulta attraverso il differenziamento, a partire da una semplice cellula somatica del paziente. Il ventaglio di possibilità che questa tecnologia offre è pressoché infinito, tanto da essere diventata uno strumento di largo consumo in moltissimi laboratori di ricerca, superando inoltre i limiti di natura etica delle cellule embrionali. La terapia genica, forse considerata ancor più delle cellule staminali il “futuro della medicina”, è una tecnologia utile in moltissimi campi della medicina, non solo rigenerativa. In questo settore, la rivoluzione è avvenuta grazie alla messa a punto del sistema CRISPR/Cas9, un sistema in grado di modificare il genoma degli esseri viventi con altissima efficienza. Rispetto alle vecchie metodiche di gene editing (modifica dei geni), CRISPR/Cas9 è preciso (solo il gene target viene modificato), veloce, sostenibile ed estremamente versatile, capace di aggiungere, sostituire, eliminare frammenti di DNA dai genomi più semplici a quelli più complessi, come il nostro.

Non è obiettivo di questo articolo approfondirsi in dettagli tecnici, ma solo quello di elencare quelle le tecnologie che hanno rivoluzionato il settore e promettono di essere le protagoniste assolute del futuro della medicina rigenerativa.

Omar Sabry

 

Fonti

Statistiche liste di attesa per il trapianto d’organi – US

Statistiche liste di attesa per il trapianto d’organi – IT

Stampa 3D di organi interi

Decellularizzazione e perfusione cellulare

Macchine per zucchero filato e medicina rigenerativa

Cellule iPSC pagina Wikipedia

Sistema CRISPR/Cas9 pagina Wikipedia