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Aug 31, 2023

L'impalcatura di nanofili supporta il tessuto cardiaco artificiale

Utilizzando un'impalcatura realizzata con nanofili di silicio conduttivi, ricercatori negli Stati Uniti hanno sviluppato un tessuto cardiaco artificiale che, secondo loro, potrebbe essere facilmente trapiantato nel tessuto naturale. Guidato da Ying Mei

Utilizzando un'impalcatura realizzata con nanofili di silicio conduttivi, ricercatori negli Stati Uniti hanno sviluppato un tessuto cardiaco artificiale che, secondo loro, potrebbe essere facilmente trapiantato nel tessuto naturale. Guidato da Ying Mei della Clemson University, il team spera che la sua tecnica possa rappresentare un punto di svolta nello sforzo globale per curare le malattie cardiache.

Insieme, le malattie cardiovascolari sono la principale causa di morte in tutto il mondo e, secondo l’Organizzazione Mondiale della Sanità, mietono circa 17,9 milioni di vittime ogni anno. Uno dei motivi principali per cui queste condizioni sono così diffuse è che le cellule cardiache hanno una capacità limitata di rigenerarsi quando danneggiate, rendendo particolarmente difficile per i ricercatori sviluppare trattamenti efficaci.

Uno dei progressi più promettenti nella ricerca sulle malattie cardiache riguarda l’uso di cellule cardiache derivate da cellule staminali, che di solito vengono iniettate direttamente nel muscolo cardiaco danneggiato. Finora questa tecnica è stata utilizzata per ripristinare la contrazione cardiaca in diversi tipi di animali, ma è ancora lontana dal diventare un trattamento valida dal punto di vista medico. Tra i fattori che frenano questa tecnica figurano il basso tasso di sopravvivenza delle cellule iniettate e un recupero limitato della piena funzionalità del cuore, in particolare del ritmo regolare della sua contrazione.

Recentemente sono stati compiuti progressi nei trattamenti con cellule staminali per una varietà di altri organi, tra cui cervello, polmone e retina. Ciascuno di questi studi prevedeva il trapianto di organoidi. Si tratta di strutture miniaturizzate simili ad organi che possono essere coltivate in laboratorio a partire da cellule staminali e che replicano la struttura e la funzione di un organo reale.

Sebbene gli organoidi cardiaci abbiano già dimostrato di essere un’eccellente piattaforma per modellare le malattie cardiache e testare nuovi farmaci, il loro potenziale per il trattamento delle malattie cardiache richiede ancora ulteriori indagini.

Nel loro studio, il team di Mei ha studiato se gli organoidi cardiaci potessero essere costretti a contrarsi a ritmi regolari facendo crescere il tessuto in impalcature costituite da nanofili di silicio elettricamente conduttori.

Nelle applicazioni biologiche, il silicio offre numerosi vantaggi rispetto ad altri nanomateriali conduttori. Attraverso una serie di test sul tessuto cardiaco nei ratti, il team ha dimostrato che il materiale è biocompatibile, biodegradabile, ha una conduttività facilmente regolabile e dimensioni e superfici facilmente regolabili – tutti elementi che sarebbero vitali per garantire le maggiori possibilità di successo per un progetto organoide impiantato.

Attraverso un processo attentamente controllato, Mei e colleghi hanno creato un organoide da una miscela di cellule cardiache derivate da cellule staminali, cellule del tessuto connettivo stromale e cellule endoteliali, che rivestono le pareti dei vasi sanguigni.

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Nell'esperimento, queste cellule si sono assemblate attorno a un'impalcatura di silicio precostruita per formare un organoide nanocablato. Proprio come sperava il team, questo tessuto in miniatura svolgeva molte delle funzioni più importanti del cuore, compreso il ritmo regolare di contrazione.

Quando i ricercatori hanno iniettato i loro organoidi nanocablati nel cuore dei ratti, hanno registrato un tasso di sopravvivenza cellulare molto più elevato rispetto agli organoidi non cablati. Ciò ha accelerato lo sviluppo delle sue cellule staminali in tessuto cardiaco sano e ben funzionante.

Il team di Mei spera che la sua ricerca possa rappresentare un'importante pietra miliare verso nuovi trattamenti realizzabili per le malattie cardiache. Se lo stesso successo potesse essere ricreato con organoidi coltivati ​​da cellule staminali umane, ciò potrebbe aprire la strada a trattamenti che consentano al tessuto cardiaco dei pazienti di rigenerarsi e ripristinare la sua piena funzionalità. A sua volta, l’uso di scaffold di nanofili di silicio potrebbe portare a nuovi trattamenti su misura per diversi tipi di malattie cardiache, con il potenziale di salvare milioni di vite.

La ricerca è descritta in Science Advances.