Uno studio tedesco ha dimostrato come determinati stimoli possano indurre le cellule staminali a differenziarsi in tessuto osseo, ipotizzando applicazioni nell’ambito delle fratture gravi
Il punto di forza delle cellule staminali è la loro ormai nota capacità di trasformarsi in diversi tipi di cellule e i ricercatori nel mondo stanno studiando i processi di differenziazione cellulare. Così come tutto l’organismo umano, le staminali rispondono all’ambiente circostante e, se si riuscissero a capire i metodi per influenzarle in modo appropriato, si potrebbero migliorare le tecniche di ricostruzione dei tessuti danneggiati. Fino ad oggi, la maggior parte delle ricerche sono state fatte su supporto statico su cui vengono poi messe le cellule ma un team multidisciplinare, composto da ricercatori di diverse università e istituti tedeschi, ha utilizzato un'impalcatura dinamica. Lo studio è stato pubblicato a fine gennaio sulla rivista scientifica PNAS.
Gli scienziati si sono serviti di un foglio di polimero (shape-memory polymer actuator, SMPA) che si comporta come un muscolo artificiale e che risponde in modo reversibile ai cambiamenti di temperatura. L’idea è di far allungare il foglio man mano che la temperatura passa da quella corporea (37°C) a 10°C e, viceversa, di farlo contrarre quando viene riscaldato, in un ciclo di 60 minuti. Gli SMPA sono unici in questo senso, dato che il loro funzionamento è legato a un processo termomeccanico e che hanno una buona resistenza (circa 500 cicli di cambio di temperatura). Una volta pronta e testata la base, sono state aggiunte le cellule staminali. Grazie allo stimolo termico e meccanico, le cellule staminali sono state indotte a trasformarsi in cellule ossee. Sfruttando le variazioni di temperatura e il ripetuto movimento del foglio polimerico, le cellule vengono in qualche modo istruite a fare quello che i ricercatori vogliono. L’importanza della scoperta di materiali programmabili che permettono il controllo sulle colture cellulari è fondamentale per aumentare il numero di sperimentazioni nell’ambito dell’ingegneria tissutale, abbassare i costi legati ai dispositivi di controllo utilizzati finora e replicare l’ambiente complesso in cui le cellule vivono.
Tutte le cellule percepiscono, elaborano e trasformano i segnali esterni in segnali biochimici che possono regolarne il comportamento. In questo caso sono state utilizzate le cellule staminali mesenchimali: un tipo di cellule multipotenti, note per la loro capacità di dare origine a diversi tipi di cellule del tessuto scheletrico (come ad esempio la cartilagine, le ossa ed il grasso), e particolarmente sensibili alle caratteristiche fisiche dell’ambiente circostante. Le staminali sono state allungate e compresse grazie ai cambiamenti di forma del polimero, permettendo di valutare come il movimento influenza l’orientamento e la crescita cellulare. Quando queste cellule vengono esposte a ripetuti cicli di stress termico, hanno la tendenza a differenziarsi in tessuto osseo, cioè andare incontro all’osteogenesi. Tuttavia, il meccanismo di rilevamento dello stimolo da parte della cellula non è ancora chiaro, anche se è noto che lo ione calcio ha un ruolo come messaggero nelle risposte cellulari ai cambi di temperatura.
Riassumendo, è stato utilizzato un foglio formato da un polimero controllato termicamente per indurre il processo di differenziazione delle cellule staminali mesenchimali in tessuto osseo. Questo potrebbe essere molto utile per l’ingegneria tissutale, nello specifico per la costruzione di architetture per la rigenerazione di specifici tessuti ossei formati da cellule viventi prelevate dal paziente stesso. La coltivazione in vitro permette di sottoporre le cellule staminali a stimoli termici e meccanici maggiori, quindi indurre un livello più alto di osteogenesi, e avere un risultato migliore.
Le applicazioni di questa tecnologia sono molteplici, ad esempio essere utilizzati per curare le fratture ossee più gravi e difficili da trattare, che il corpo non riesce a riparare in autonomia. Infatti, dopo un prelievo di cellule staminali del midollo osseo del paziente, queste ultime potrebbero essere coltivate sul foglio polimerico e applicate in seguito sull’osso rotto. Questo impiego delle staminali dovrebbe rafforzare l’osso in modo diretto e potrebbero diventare parte della tecnologia a disposizione dei chirurghi ortopedici per gestire le fratture complesse. È però fondamentale approfondire gli studi per comprendere quali combinazioni di stimoli siano le più efficaci per produrre tessuti utili alla rigenerazione del corpo umano.