Una nuova tecnica per far crescere vasi sanguigni artificiali

Il vaso sanguigno su chip potrebbe rappresentare il primo passo nella produzione scalabile di reti vascolari che potrebbero poi essere impiantate nel corpo per sostituire i tessuti danneggiati da malattie o lesioni.

L’ingegneria tissutale offre un mezzo per ripristinare, mantenere o sostituire i tessuti biologici.

Tuttavia, è difficile far crescere i vasi sanguigni utilizzando tecniche di fabbricazione convenzionali come la stampa 3D, poiché di solito non sono abbastanza precisi per stampare capillari e vene fini.

Un team di ingegneri del Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha ora sviluppato un nuovo approccio per fare proprio questo, utilizzando forze meccaniche.

Il loro vaso sanguigno su chip potrebbe rappresentare il primo passo nella produzione scalabile di reti vascolari che potrebbero poi essere impiantate nel corpo per sostituire i tessuti danneggiati da malattie o lesioni.

I ricercatori, guidati da Ritu Raman, hanno realizzato il loro chip riempiendo una piastra di Petri con un gel contenente nutrienti e fattori di crescita cellulare. Successivamente hanno inserito un piccolo magnete nel gel.

Infine, introdussero un tubo sottile e cavo nel gel e ricoprirono l’interno del tubo con cellule endoteliali vive – le cellule che rivestono naturalmente i vasi sanguigni del corpo.

“Abbiamo anche dimostrato che la crescita dei vasi sanguigni, o angiogenesi, poteva essere modellata direzionalmente usando le forze meccaniche create dal magnete e che queste direzioni potevano cambiare dinamicamente nel tempo”, spiega Raman.

“Questo ci permette di ‘guidare’ la crescita dei vasi sanguigni in tutte e tre le direzioni spaziali (x, y, z) e di creare geometrie complesse (come rami a forma di L) che non sarebbero possibili da realizzare con metodi convenzionali.”

I ricercatori avevano precedentemente dimostrato che le cellule biologiche sono altamente reattive alle forze meccaniche del corpo, ma non sapevano come diversi tipi di forze – ad esempio, allungarsi in direzioni diverse e a diversi gradi e frequenze – influenzassero la struttura 3D dei vasi sanguigni.

Il principale ostacolo risiedeva nello sviluppo di un sistema di magneti accoppiati per allungare con precisione i vasi sanguigni in diverse direzioni.

Per raggiungere questo obiettivo, progettarono un metodo per stimolare meccanicamente i tessuti, chiamato “attuazione della matrice magnetica”.

Nel loro nuovo lavoro, dettagliato in PNAS, sono andati oltre sviluppando un metodo per allungare in modo accurato ma non invasivo i tessuti 3D dei vasi sanguigni che avevano costruito in laboratorio.

Per comprendere meglio l’effetto delle forze meccaniche sull’angiogenesi, il team del MIT ha deciso di esaminare il ruolo di un gene noto come PIEZO1, che è solo uno dei tanti geni meccanicamente sensibili nel corpo.

Si sono basati sul lavoro del biologo molecolare Ardem Patapoutian, che ha ricevuto il Premio Nobel per la Fisiologia o Medicina nel 2021 per aver scoperto che i canali ionici nelle cellule si aprono e si chiudono in risposta alla pressione meccanica. Uno di questi canali ionici è PIEZO1, regolato dal gene PIEZO1.

“Il mio gruppo è sempre stato interessato a ingegnerizzare tessuti artificiali che possano essere impiantati nel corpo per riparare i danni causati da malattie o lesioni traumatiche, ma tali tessuti artificiali richiedono reti integrate di vasi sanguigni per funzionare”, afferma Raman.

Immagine: Ritu Raman