I ricercatori della Monash University di Melbourne, in Australia, hanno ottenuto un risultato significativo nel campo dell’ingegneria biomedica. Hanno stampato con successo reti neurali viventi in 3D utilizzando cellule cerebrali di ratto, aprendo nuove possibilità per i test antidroga e lo studio della funzione cerebrale. Questa tecnologia all’avanguardia ha il potenziale per sostituire i metodi tradizionali di sperimentazione sugli animali e inaugurare una nuova era di medicina personalizzata.
Mini-cervelli stampati in 3D: una valida alternativa alla sperimentazione sugli animali
All’inizio del 2023, il Congresso degli Stati Uniti ha approvato una legislazione che invita gli scienziati a ridurre la loro dipendenza dagli animali nella ricerca finanziata dal governo federale. Questa mossa è stata stimolata dalla firma del Modernization Act 2.0 della Food and Drug Administration statunitense, che ha consentito l’esplorazione di alternative high-tech negli studi sulla sicurezza dei farmaci. Una delle alternative più promettenti è l’uso di mini-cervelli stampati in 3D.
Questi mini-cervelli potrebbero potenzialmente sostituire la necessità di testare nuovi farmaci su migliaia di animali. I ricercatori della Monash University hanno compiuto un passo significativo in questa direzione stampando in 3D reti neurali viventi composte da cellule cerebrali di ratto. Questo approccio innovativo mantiene la promessa di sperimentazioni farmacologiche più etiche ed efficaci.
Per creare queste reti neurali stampate in 3D, il team della Monash University ha utilizzato un metodo unico. Hanno spremuto il “bioinchiostro” – una miscela di cellule cerebrali di ratto sospese in un gel – attraverso un ugello e in un’impalcatura, in modo simile a come le stampanti a getto d’inchiostro applicano l’inchiostro alla carta. Le strutture neurali sono state costruite strato dopo strato, con otto strati verticali alternati tra bioinchiostri con e senza cellule.
Questo approccio ha consentito il controllo preciso del posizionamento delle cellule sopra gli elettrodi di registrazione, pur mantenendo una struttura 3D che imita la complessità del normale tessuto cerebrale. Le reti neurali non contenevano solo neuroni ma anche astrociti, oligodendrociti e microglia, cellule di supporto cruciali per la salute e la connettività dei neuroni.
Il successo delle reti neurali stampate in 3D risiede nella loro funzionalità. Queste reti hanno mostrato un comportamento simile a quello dei neuroni reali, inclusa l’estensione di lunghi assoni per comunicare attraverso gli strati. L'attività elettrica delle cellule è stata registrata utilizzando microelettrodi e la loro comunicazione chimica è stata visualizzata utilizzando un colorante fluorescente.
Questa imitazione funzionale delle reti neurali reali è cruciale per potenziali applicazioni biomediche, come la scoperta di farmaci e lo studio delle malattie neurodegenerative. Per queste applicazioni , le reti neurali devono replicare fedelmente il comportamento delle cellule cerebrali reali.
Sfide e direzioni future
Sebbene questa svolta sia promettente, ci sono ancora sfide da superare. Una sfida cruciale è l’ampliamento della tecnologia. Le reti neurali stampate in 3D create nell’esperimento Monash contenevano poche migliaia di neuroni per millimetro quadrato, mentre il cervello umano ha miliardi di neuroni. L’incremento del processo di stampa 3D, preciso ma lento, per i test farmaceutici commerciali e la ricerca su larga scala richiederà ulteriori sviluppi.
Inoltre, garantire la sopravvivenza e la funzionalità delle cellule umane nelle reti neurali stampate in 3D è una sfida continua. I ricercatori devono trovare modi per creare gel che imitino le proprietà del cervello consentendo al tempo stesso la stampa 3D senza danneggiare le cellule.
Nonostante queste sfide, i potenziali benefici delle reti neurali viventi stampate in 3D sono immensi. La tecnologia ha il potenziale per ridurre la necessità di test sugli animali in vari contesti di ricerca. Tuttavia, gli scienziati potrebbero aver bisogno di tempo per abbracciare questo approccio innovativo, poiché i metodi e le pratiche consolidati sono profondamente radicati nella comunità di ricerca.
Anche il futuro della medicina personalizzata è molto promettente. Gli ospedali potrebbero potenzialmente ospitare suite di stampa 3D, in cui i medici utilizzano le biopsie dei pazienti per stampare tessuti per test antidroga, fornendo trattamenti su misura per i singoli individui.