Cervello umano completamente sintetico: è la fine dei test sugli animali?

Gli ingegneri biomedici della University of California, Riverside hanno realizzato il primo tessuto cerebrale sintetico funzionale privo di componenti animali, un risultato che apre nuove prospettive per la ricerca neurologica e per lo sviluppo di farmaci senza ricorrere a modelli biologici tradizionali. Il sistema si chiama Bijel-Integrated PORous Engineered System (BIPORES) ed è costruito attorno a una struttura completamente artificiale in polietilenglicole (PEG). La ricerca è stata pubblicata sull'Advanced Function Materials.

Il PEG, materiale chimicamente inerte simile per comportamento al Teflon, non facilita l'adesione cellulare. Per questo normalmente richiede proteine come laminina o fibrina. Con BIPORES, invece, i ricercatori hanno ottenuto una rete tridimensionale altamente porosa, complessa e adatta alla crescita neurale senza utilizzare alcuna componente biologica.

La chiave sta nell'integrazione tra macro-strutture fibrose e micro-pori derivati dai bicontinuous interfacially jammed emulsion gels (bijels), ottenuti grazie a nanoparticelle di silice che stabilizzano la struttura. Un approccio ispirato alla fisica dei materiali morbidi che permette di replicare configurazioni interne sofisticate, difficili da produrre con tecniche standard.

Attraverso un sistema microfluidico personalizzato e una biostampante, il team ha realizzato strutture 3D stratificate con canali interconnessi in grado di far circolare ossigeno, nutrienti e di espellere scarti metabolici. La porosità risulta essenziale per sostenere la crescita delle cellule staminali neurali in profondità, che nel nuovo ambiente hanno mostrato adesione intensa, forte proliferazione e formazione di connessioni elettricamente attive.

La procedura di fabbricazione si basa su una miscela liquida di PEG, etanolo e acqua: il PEG si separa dall'acqua come un olio, mentre l'etanolo stabilizza la miscela. Nel momento in cui entra in contatto con il flusso acquoso all'interno dei microcanali di vetro, una breve esposizione luminosa congela la struttura in un reticolo di pori continui.

Secondo i ricercatori, questa tecnica permette studi a lungo termine grazie alla stabilità meccanica della struttura, un aspetto essenziale quando si lavora con cellule nervose mature, più rappresentative del funzionamento reale del tessuto cerebrale.

Al momento la struttura ottenuta raggiunge due millimetri di diametro, ma il gruppo di ricerca sta già lavorando all'upscaling e ha inviato una seconda pubblicazione in cui esplora l'applicazione della stessa tecnologia alla progettazione di tessuti epatici. L'obiettivo finale è creare una rete di mini-organi interconnessi che imitino la comunicazione tra i vari sistemi del corpo umano.

Da un punto di vista bioingegneristico, l'approccio introduce un livello di fedeltà strutturale sempre più vicino al comportamento dei tessuti cerebrali reali. Questo lo rende utile per studiare patologie neurologiche, testare nuovi farmaci e sviluppare in futuro sistemi di riparazione o sostituzione di aree cerebrali danneggiate.