Dalla stampa 3D alla biofabbricazione: verso modelli in vitro funzionali del sistema nervoso centrale

Frontiers in Medical Engineering, 4 ottobre 2023

Dalla stampa 3D alla biofabbricazione: verso modelli in vitro funzionali del sistema nervoso centrale

Traldi C^1,2,3†, Chiappini V^4†, Menduti G⁴, Tonda-Turo C^1,2,3†*, Boido M^4†

Modelli preclinici: l'importanza per lo sviluppo di nuove terapie

I danni al sistema nervoso centrale, dovuti a patologie neurodegenerative o lesioni, possono determinare gravi compromissioni delle funzioni cerebrali. Comprendere i meccanismi coinvolti è cruciale per lo sviluppo di nuove terapie, ma la ricerca è spesso ostacolata dalla mancanza di modelli preclinici accurati. Per affrontare questa sfida, i ricercatori stanno sviluppando modelli in vitro sempre più complessi, in grado di riprodurre l’organizzazione del tessuto nervoso in maniera più accurata rispetto ai comuni modelli 2D, caratterizzati ancora da numerosi limiti. In questo contesto, l’ingegneria tissutale è fondamentale per ricostruire tessuti bioartificiali in vitro, combinando biologia cellulare e scienza dei biomateriali.

La sfida dei modelli 3D in vitro

Le sfide principali legate all'uso di modelli 3D in vitro per la ricerca sulle patologie del sistema nervoso e lo sviluppo di terapie sempre più efficaci sono state discusse in una recente review pubblicata su Frontiers in Medical Engineering, grazie alla collaborazione tra la prof.ssa Marina Boido (gruppo NICO di Sviluppo e patologia del cervello) e la prof.ssa Chiara Tonda-Turo (Politecnico di Torino), nell’ambito di un progetto finanziato da Fondazione CRT (La bio-stampa 3D: neurobiologia e ingegneria unite per studiare e curare le lesioni al midollo spinale).

Nel lavoro – che ha coinvolto anche le dott.sse Cecilia Traldi (Polito), Vanessa Chiappini e Giovanna Menduti (NICO, Unito) - sono descritti i modelli cellulari e i biomateriali più utilizzati. Sono state inoltre esplorate tecnologie innovative - come la biofabbricazione, la stampa 3D di tessuti, la microfluidica - importanti per favorire e indirizzare la maturazione delle cellule in vitro e riprodurre un microambiente quanto più similare a quello in vivo.

Elementi chiave per la progettazione di modelli 3D in vitro del sistema nervoso centrale e loro applicazioni (creato conBioRender.com).

Una rivoluzione nel campo delle neuroscienze

Questi modelli rappresentano una vera innovazione, in grado di rivoluzionare il campo delle neuroscienze, permettono infatti di: i) sviluppare modelli sani e patologici, sempre più precisi e affidabili; ii) aiutare a ridurre il numero di animali impiegati nella ricerca scientifica; iii) identificare terapie sempre più efficaci, grazie all’impiego di cellule ottenute direttamente dai pazienti.

Ingegneria dei tessuti neurali utilizzando piattaforme 3D basate sulla microfluidica e possibili applicazioni (creato con BioRender.com).

Traldi C, Chiappini V, Menduti G, Tonda-Turo C, Boido M (2023) Advanced materials and biofabrication technologies to design in vitro functional central nervous system models. Frontiers in Medical Engineering 1.October. DOI10.3389/fmede.2023.1270943.

¹ Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Politecnico di Torino, Turin, Italy
² PolitoBIOMed Lab, Politecnico di Torino, Turin, Italy
³ Interuniversity Center for the Promotion of the 3Rs Principles in Teaching and Research, Turin, Italy
⁴ Department of Neuroscience “Rita Levi Montalcini”, Neuroscience Institute Cavalieri Ottolenghi, University of Turin, Turin, Italy