Un sofisticato polmone su chip

Ricercatori dell'Università di Berna hanno sviluppato un polmone su chip dotato di alveoli a grandezza naturale avvolti da una membrana estensibile materiale esclusivamente biologico.

Il polmone è l'organo più grande del corpo umano, responsabile del compito fondamentale di ossigenare gli ogni organi del corpo ed eliminare l'anidride carbonica prodotta. La creazione di polmoni e altri organi artificiali, da utilizzare nella ricerca o nei trapianti, è un obiettivo molto ambito.

Il polmone presenta alcune caratteristiche che lo rendono particolarmente complesso da riprodurre in vitro. La sua struttura, caratterizzata da una fitta rete di vasi sanguigni, la composizione cellulare e il micro-ambiente dinamico, particolarmente sensibile all'azione del sistema immunitario, lo rendono uno degli organi più ostici.

L'Università di Boston ha dimostrato il valore potenziale di piccoli polmoni artificiali testando nell'estate 2020 gli effetti del Covid-19 su mini polmoni, organoidi appositamente creati.

Da dieci anni il laboratorio specializzato del Centro ARTORG per la ricerca in ingegneria biomedica, Università di Berna, diretto da Olivier Guenat, si impegna nello sviluppo di una nuova generazione di modelli in vitro chiamati organi su chip, dedicando particolare attenzione alla modellazione del polmone e delle sue malattie.

Dopo la prima realizzazione di un sistema lung-on-chip  di successo dotato delle caratteristiche essenziali di un polmone, il laboratorio di tecnologie Organs-on-Chip (OOC) ha ora sviluppato un modello di nuova generazione puramente biologico, grazie alla collaborazione con il Helmholtz Centre for Infection Research in Germania e il Thoracic Surgery and Pneumology Departments dell'Inselspital. I risultati della nuova ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Nature.

Sviluppato da Pauline Zamprogno per la tesi di dottorato, il nuovo modello di lung-on-chip presenta un array di alveoli in dimensioni reali e poggia su di una sottile membrana estensibile, realizzata in molecole naturalmente presenti nel polmone: collagene ed elastina. La membrana è stabile, può essere coltivata su entrambi i lati per settimane, è biodegradabile e le sue proprietà elastiche consentono di imitare i movimenti respiratori.

Il sistema sviluppato riproduce aspetti chiave della matrice extracellulare polmonare (ECM): composizione (supporto cellulare fatto di proteine ​​ECM), struttura (array di alveoli con dimensioni simili a quelle trovate in vivo e struttura della loro fibra) e proprietà come la biodegradabilità, un aspetto chiave per indagare il rimodellamento della barriera in caso di malattie polmonari. Il nuovo polmone su chip è anche semplice da produrre.

Attualmente, Le cellule da coltivare sul nuovo chip derivano da pazienti oncologici del Dipartimento di Chirurgia Toracica ricoverati all'Inselspital. Thomas Geiser, Head of the Department of Pneumology at the Inselspital and Director of Teaching and Research of the Insel Gruppe

Simili membrane possono essere utilizzate nel campo della ricerca scientifica sulle funzionalità e patologie polmonari, nell'identificazione di nuovi percorsi e approcci terapeutici e promettono di ridurre la necessità di utilizzare modelli animali nei laboratori.

Pauline Zamprogno e colleghi del gruppo OOC Technologies  proseguiranno gli studi sul nuovo lung-on-chip biologico per sviluppare un modello di polmone affetto fibrosi polmonare idiopatica (IPF), una malattia cronica che porta alla progressiva cicatrizzazione del tessuto polmonare.

(lo)