Le malattie polmonari sono la terza causa di morte al mondo, statistica che si conferma anche in Italia. Vista la complessità del tessuto polmonare, è un’ardua sfida quella di realizzare innesti ingegnerizzati che possano promuovere la rigenerazione cellulare o aumentare il numero di polmoni trapiantabili. Per la prima volta, però, i ricercatori della Columbia University hanno realizzato uno scaffold che, privato delle sole cellule epiteliali, mantiene una vascolarizzazione sana e funzionante.

Questa capacità di trattare selettivamente l’epitelio polmonare è importante, in quanto la maggior parte delle patologie polmonari sono malattie dell’epitelio” afferma la professoressa Vunjak-Novakovic, un pioniere nell’ingegneria dei tessuti che dirige il Laboratory for Stem Cells and Tissue Engineering.

Uno scaffold polmonare senza precedenti

Scaffold polmonare ingegnerizzato
A sinistra: tessuto polmonare intatto con cellule epiteliali (in verde) e cellule vascolari (in rosso). A destra: le cellule epiteliali sono state rimosse. La linea tratteggiata rappresenta gli alveoli.
Credit: N. Valerio Dorrello and Gordana Vunjak-Novakovic, Columbia University

Parlando di ingegneria tissutale, abbiamo spesso constatato l’importanza della realizzazione di strutture di supporto (scaffold) che permettessero la rigenerazione e proliferazione cellulare. A tal proposito, avevamo parlato, ad esempio, del pancreas “ingegnerizzato” in cui uno scaffold biologico consentiva il trapianto di Isole di Langerhans. In questo caso, il team di ricerca del Columbia Engineering, guidato dai professori Gordana Vunjak-Novakovic e N. Valerio Dorrello, ha raggiunto un importante traguardo, là dove in molti avevano fallito. Fino ad ora, supporti ottenuti dalla decellularizzazione del tessuto polmonare o artificiali, si dimostravano privi di funzionalità vascolare. Questa, però, è fondamentale non solo per mantenere la barriera sangue-aria (che permette gli scambi gassosi senza consumo di energia) e per consentire una corretta funzione di innesto, ma anche per supportare le cellule introdotte per rigenerare il polmone.

Abbiamo sviluppato un approccio radicalmente nuovo per la bioingegneria del polmone. Abbiamo valutato che un impianto polmonare ideale avrebbe bisogno di una vascolarizzazione sana e che consenta la perfusione, quindi abbiamo sviluppato un metodo che mantenesse la vascolarizzazione polmonare completamente funzionale, rimuovendo solo lo strato epiteliale difettoso delle vie aeree e sostituendolo con cellule terapeutiche sane.

Afferma Vunjak-Novakovic.

Il risultato, pubblicato sulla rivista Science Advances, è uno scaffold funzionante ottenuto dal polmone di un roditore ex vivo. Non solo la struttura vascolare è stata conservata, ma anche le cellule di sostegno come fibroblasti, miociti, condrociti e periciti. Questa impalcatura ha mantenuto l’architettura bronchiale e vascolare oltre ad aver sostenuto l’attaccamento e la crescita di cellule polmonari umane derivate da cellule adulte e dalle cellule staminali.

Questo è un grande passo avanti nella bioingegneria dei polmoni. La creazione di polmoni de-epitelizzati con vascolarizzazione funzionale può aprire nuove frontiere nella bioingegneria polmonare e nella medicina rigenerativa. Questo progetto non sarebbe stato completato con successo senza lo sforzo interdisciplinare che ci ha fatto uscire dalla nostra zona di comfort e provare nuovi approcci in collaborazione con i bioigegneri, ricercatori clinici ed esperti in cellule staminali.

Conclude Vunjak-Novakovic.

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