Se il cervello si stampa in 3D

Utilizzando una stampante 3D, un team di scienziati è riuscito a creare strati di tessuto cerebrale con diversi tipi di cellule che si organizzano, si connettono e comunicano in modo analogo alle vere cellule del cervello umano. Ormai da qualche anno è possibile sfruttare la stampa 3D per riprodurre tessuti viventi, ma finora ottenere versioni realistiche di tessuto cerebrale non era stato possibile.

Un team di ricercatori della University of Wisconsin–Madison (Stati Uniti) ci è riuscito combinando diversi sottotipi di cellule. L’esperimento, descritto su Cell Stem Cell, pone le basi per nuovi modelli di ricerca sullo sviluppo cerebrale e sulle malattie a carico del cervello.

Un passo in avanti. Oggi lo sviluppo in 3D dei tessuti cerebrali si studia soprattutto attraverso gli organoidi di cervello ottenuti a partire da cellule staminali (ossia le cellule primitive e non specializzate capaci di differenziarsi in diversi tipi di cellule): tuttavia non è possibile controllare i tipi di cellule e la loro precisa collocazione in questi organi in miniatura; che finiscono così con l’essere “unici” e poco adatti agli studi scientifici, che hanno bisogno di essere validati e replicati.

La stampa 3D permette invece di controllare dove saranno disposti i diversi tipi di cellule, una premessa indispensabile per ottenere modelli di parti di cervello da studiare ai fini scientifici. Ma i tentativi passati di tessuti cerebrali stampati in 3D risultavano avere una funzionalità ridotta.

Libere di connettersi. Nel nuovo studio, i ricercatori hanno usato una stampante 3D e diversi tipi di cellule di cervello umano per creare un sottilissimo strato di tessuto (50 micron, il diametro di un capello) che funzionasse in modo simile a un cervello umano in fase di sviluppo. I mattoni di base sono state cellule progenitrici di neuroni e di cellule della glia (tessuto fondamentale di sostegno e difesa del cervello umano), capaci di differenziarsi in diversi tipi cellulari. Gli scienziati hanno usato uno speciale idrogel per tenere insieme le cellule, abbastanza colloso da fungere da sostegno ma non troppo rigido, così da rendere libere le cellule di formare connessioni con le loro simili e con quelle dell’altro gruppo.

Prove generali di cervello. In questo modo è stato possibile osservare la maturazione e lo sviluppo delle cellule cerebrali, che il team ha poi studiato in diverse combinazioni, stampando diversi tipi di cellule e in diverse proporzioni. Come raccontato su Science, in un caso sono stati combinati per esempio neuroni inibitori ed eccitatori che comunicano tra loro usando diversi tipi neurotrasmettitori.

Il team ha poi aggiunto gli astrociti, importanti cellule di supporto. I neuroni hanno cominciato a produrre segnali elettrici, e gli astrociti hanno risposto assorbendo glutammato, un tipo di neurotrasmettitore. Replicando così il funzionamento di queste stesse cellule nel cervello umano.

Futuri sviluppi. La tecnica, che comunque dovrà essere perfezionata, potrebbe migliorare gli studi sullo sviluppo cerebrale e sulle malattie neurologiche. Sarà per esempio possibile stampare tessuti bioingegnerizzati più compatibili con quelli interessati da patologie – partendo da cellule recanti specifiche mutazioni. E chissà, in un futuro lontano, potrebbe forse essere possibile stampare in 3D tessuti cerebrali da trapiantare in pazienti che hanno subito danni cerebrali per un ictus, un incidente o un processo neurodegenerativo.