Tessuti che si costruiscono da soli
Cellule progettate ad hoc si dispongono autonomamente a formare micro-tessuti
di Jocelyn Rice 04-05-09
Cellule rivestite di frammenti adesivi di DNA sono in grado di auto-assemblarsi in microstrutture tridimensionali pienamente funzionanti. Questo approccio all'ingegneria dei tessuti dal basso all'alto, sviluppato dagli scienziati del Lawrence Berkeley National Laboratory e della University of California, a Berkeley, offre una nuova soluzione ad uno dei maggiori dilemmi in questo campo: la creazione di tessuti multicellulari con strutture definite. A differenza delle metodologie dall'alto verso il basso, seguendo le quali gli scienziati costruiscono strutture cellulari su scaffali, la nuova tecnica permette agli ingegneri dei tessuti di determinare le precise interazioni geometriche delle singole cellule. I ricercatori sono partiti da due tipologie di cellula - la prima secerne una proteina, definita fattore di crescita, necessaria alla seconda per crescere. Zev Gartner, coautore della ricerca, ora chimico farmaceutico presso la University of California, di San Francisco, decorava le cellule con ritagli di filamenti singoli di DNA, attaccati utilizzando degli zuccheri specializzati incorporati alla membrana cellulare. Le due tipologie di cellula trasportavano filamenti di DNA complementari che si comportavano come il Velcro. Una volta abbinate le diverse cellule, i loro frammenti complementari di DNA si connettevano formando dei filamenti doppi agganciando quindi le cellule tra di loro. Unite alle proprie compagne produttrici di proteine, le cellule dipendenti dalle proteine prosperavano. Senza il rivestimento in DNA, i due tipi di cellula non possono comunicare, e le cellule dipendenti muoiono. Variando la concentrazione relativa dei due tipi di cellula, i ricercatori ottenevano la possibilità di determinare la disposizione delle cellule. Per esempio, abbinando le cellule in una proporzione di uno a uno, queste si dispongono semplicemente a coppie. Quando però le cellule dipendenti dal fattore di crescita sono in numero di molto superiore alle loro controparti, si dispongono in precisi agglomerati tridimensionali attorno ad una singola cellula a secrezione del fattore di crescita. I risultati sono stati pubblicati lunedì sull'edizione online del Proceedings of the National Academy of Sciences. "Questo approccio ci mette a disposizione un nuovo sistema per riprodurre la complessità dei tessuti," afferma Ali Khademhosseini, un assistente universitario non coinvolto nella ricerca della Divisione di scienze e tecnologie di Harvard ed MIT e presso la Harvard Medical School. La maggior parte delle metodologie di ingegneria dei tessuti producono strutture tridimensionali con il supporto di materiali di scaffalatura. Una volta ottenute le microstrutture, Gartner e la sua collega Carolyn Bertozzi, direttrice del centro di ricerca in nanoscienze Molecular Foundry presso il Berkeley Lab, le intrappolavano in un gel e ne ricavavano l'immagine tridimensionale utilizzando un microscopio a fluorescenza. Poiché il DNA della superficie delle cellule non è stabile sul lungo termine, non è ancora chiaro quanto a lungo queste strutture possano durare una volta lasciate a sé stesse. I ricercatori stanno al momento studiando la possibilità che le cellule così connesse comincino a generare naturalmente delle molecole di adesione proprie che le mantengano unite anche dopo che si siano perse le connessioni del DNA. Ad oggi, queste microstrutture non sono che rudimentali - ancora lontane dalla sofisticazione strutturale di un intero organo. Con la messa a punto delle proporzioni tra le tipologie di cellula, la densità del DNA sulla superficie delle cellule e la complessità delle sequenze del DNA, Gartner e Bertozzi sperano di riuscire a costruire complessi di dimensioni maggiori e più intricati. "Giocando con queste variabili, possiamo determinare il tipo di struttura che andremo ad ottenere," afferma Gartner. Anche se questa nuova procedura non è la prima ad affrontare l'ingegneria dei tessuti dal basso verso l'alto, Gartner afferma che è l'unica capace di una risoluzione sufficientemente raffinata da definire come le cellule andranno ad interagire con le compagne al loro fianco. Inoltre,aggiunge, se anche questa tecnica non dovesse in ultimo risultare all'altezza delle previsioni, potrebbe in teoria venire utilizzata per procurare mattoni base alle strutture di altri approcci emergenti a progettazione dal basso verso l'alto, come ad esempio tecniche che utilizzino la stampa per strati o la manipolazione con la luce laser. Khademhosseini afferma che è troppo presto per sapere se questa nuova tecnica sarà in grado o meno di produrre effettivamente tessuti adatti all'uso nella medicina rigenerativa. "Ha un grande potenziale, e può essere che in futuro ci fornisca delle terapie, ma ci sono altre sfide da superare per portarlo ad essere un prodotto clinicamente valido," afferma. Ad esempio, non è stato ancora definito di dove ricavare le cellule da cui far crescere il tessuto o come far sì che il corpo generi i nuovi vasi sanguigni necessari al nutrimento dei tessuti trapiantati. Dan Dimitrijevich, direttore dei Laboratori Human Tissue and Cell Engineering, presso il University of North Texas Health Science Center, si esprime con scetticismo. Dubita che questo nuovo approccio possa generare dei tessuti stabili, sicuri e funzionanti capaci di resistere una volta trapiantati in un organismo vivente vero e proprio. "E' una tecnologia interessante," afferma, "ma come ingegneria dei tessuti è un po' tirata." Anche non dovesse avere successo nel campo della medicina rigenerativa, Gartner è convinto che la tecnica possa comunque risultare utile come strumento di studio dei processi di comunicazione tra le diverse cellule - ad esempio, nel processo di generazione di un tumore. "Abbiamo qui un nuovo strumento che ci permette di estrarre queste strutture dall'ospite umano -essendo ovviamente difficile studiarle all'interno per svariati motivi tecnici ed etici - per riporle in una fiala da cui possano essere studiate dettagliatamene per lunghi periodi di tempo," racconta.