Pelle artificiale: realtà o fantascienza?
🥼 L'utilizzo della pelle artificiale nella pratica clinica. Dal 1979 ad oggi: a che punto è la ricerca? Vediamolo insieme!
Il concetto di pelle artificiale fu introdotto solo nel 1979 con la scoperta del Dr. Ioannis V. Yannas (professore al dipartimento di ingegneria meccanica, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge) e del Dr. John F. Burke di come l’innesto di specifici tessuti ingegnerizzati oltre a proteggere la lesione, partecipassero attivamente ai processi fisiologici di rigenerazione e ricostruzione della pelle lesa.
Con gli importanti sviluppi di ingegneria tissutale in seguito alle scoperte di Burke e Yannas nel simulare sempre meglio struttura e funzionalità della pelle umana, le più avanzate pelli artificiali possono contenere 3 componenti fondamentali:
- cellule cutanee, prevalentemente cheratinociti e fibroblasti;
- una impalcatura tridimensionale (scaffold) che può interagire in certi casi anche come matrice extracellulare in cui le cellule possono migrare, costituita da strutture porose, idrogel formati da macromolecole biologiche o da polimeri sintetici, microsfere e nanomateriali;
- fattori di crescita e di adesione.
Gli innesti di pelle artificiale presentano vari vantaggi rispetto ai tradizionali trapianti cutanei:
- minor rischio di rigetto e trasmissione di malattie rispetto allo xenotrapianto;
- maggiori possibilità di coprire anche aree molto ampie;
- non richiedono la rimozione del tessuto dal paziente stesso, come nell’autotrapianto.
Al 2017 lo sviluppo e utilizzo di pelle artificiale per innesti cutanei presentava alcuni limiti :
- Mancanza di ghiandole sebacee, sudoripare, follicoli piliferi, nervi periferici, pori, cellule del sistema immunitario;
- Tempi lunghi nel caso in cui si coltivino cellule autologhe;
- Processi di produzione, distribuzione e stoccaggio complessi e costosi.
Progressi nella ricerca
Organoidi della pelle umana
Nel 2020 è stato pubblicato uno studio su Nature in cui l’obiettivo era di generare organoidi che riproducessero la complessità della pelle umana partendo da cellule staminali pluripotenti umane.
Nell’articolo pubblicato a inizio giugno, il prof. Karl R. Koehler e il suo gruppo di ricerca sono riusciti a ricreare la pelle umana a partire dalle cellule staminali.
La pelle è un organo estremamente difficile da produrre in laboratorio: oltre ad essere l’organo umano di maggiori dimensioni – ha un’estensione totale che raggiunge i due metri quadrati – è estremamente sottile ed è composta da diversi tipi cellulari. Ci sono i fibroblasti che rappresentano le strutture di supporto, le cellule endoteliali che rivestono i vasi sanguigni attraverso cui giunge il nutrimento e l’ossigeno, fibre nervose. Inoltre, essa comprende follicoli piliferi e ghiandole sebacee funzionalmente difficili da riprodurre in laboratorio.
Quindi, ricostruire artificialmente la pelle non è una cosa semplice, ecco che la rigenerazione dei tessuti si configura come una delle più avvincenti innovazioni del nuovo millennio.
Koehler e la sua équipe hanno generato degli organoidi cutanei che presentavano la tipica architettura istologica della pelle: lo strato di epidermide più esterno, il connettivo sottostante comprendente il derma e lo strato sottocutaneo, i follicoli piliferi, le ghiandole e, infine, i circuiti nervosi tipici dell’epitelio umano. Un lavoro che ha richiesto mesi di coltivazione delle cellule e una complessa procedura di bilanciamento dei fattori necessari a guidare la trasformazione cellulare così da permettere a un piccolo ammasso informe di assumere il livello organizzativo tipico dell’epitelio umano. Ci sono voluti quasi quattro mesi per osservare i primi follicoli piliferi e per constatare che quei follicoli formatisi all’interno degli organoidi erano strutturalmente e funzionalmente sovrapponibili a quelli dei mammiferi.
Alla fine, gli studiosi hanno realizzato un innesto in un modello animale. Dopo quasi cinque mesi di sviluppi e differenziazione hanno potuto impiantare sulla schiena dei topi gli innesti cutanei osservando che nel 55% dei casi sono spuntati peli di 2-5 mm, confermando che gli organoidi sono stati in grado di integrarsi con l’epidermide del topo e formare uno strato di pelle dotato di peli umani. In conclusione, i ricercatori hanno evidenziato che i follicoli piliferi dei loro organoidi presentavano un livello di maturità equiparabile a quello dei capelli di un feto al secondo trimestre di vita.
Ma non finisce qui!
Bioingegneria: innesti di pelle ‘su misura’ con cellule umane
Lo studio è stato pubblicato su Science il 27 gennaio 2023. Un team di ricercatori ha sviluppato un nuovo tipo di tessuto in grado di adattarsi meglio alle forme irregolari del corpo, superando i problemi tipici degli innesti tradizionali. Al momento, la pelle sintetica viene fornita in forma di fogli, simili alla carta da imballaggio. E non è facile metterli intorno a parti del corpo irregolari.
Per questo l’ingegnerizzazione delle cellule della pelle in forme complesse e tridimensionali è un primo passo rivoluzionario.L’autore principale della ricerca, Hasan Erbil Abaci, afferma che questi “costrutti cutanei tridimensionali” potranno essere usati come veri e propri “indumenti biologici” e ridurranno la necessità di sutura e la durata degli interventi.
Alberto Pappalardo, medico e ricercatore specializzato in dermatologia e ingegneria dei tessuti del Columbia University Medical Center e facente parte del team di ricerca, aveva coltivato un gruppo di cellule cutanee fino a raggiungere la forma finale: un tessuto con la stessa conformazione della zampa posteriore di un topo, da infilare sull’animale. Se tutto fosse andato secondo i piani, la pelle circostante avrebbe accettato come proprio il tessuto sviluppato in laboratorio.
Alla fine la pelle si è adattata perfettamente. Questo potrebbe contribuire a risolvere un problema nel trattamento delle ustioni e di altre ferite di grandi dimensioni: coprire forme irregolari con vera pelle funzionale.
Come funziona la creazione di innesti in 3D
La creazione di nuovi innesti cutanei inizia con una scansione 3D laser della struttura “bersaglio”: ad esempio una mano.
Successivamente, viene progettato e stampato in 3D un modello cavo della mano: sulla sua superficie vengono posizionati i fibroblasti cutanei che generano tessuto connettivo e collagene. Infine, il modello viene ricoperto con cheratinociti sulla superficie, e perfuso con fattori di crescita all’interno per nutrire e sostenere l’innesto durante la sua crescita. L’intero processo si completa in 3 settimane.
Le prove sperimentali di questi innesti sono state applicate con successo sulle zampe posteriori dei topi.
L’intero processo ha richiesto solo 10 minuti: dopo quattro settimane gli innesti erano perfettamente integrati con la pelle dei topi, che hanno ripreso il pieno controllo delle loro zampe.
Innesti “su misura”: in conclusione
Serviranno ancora studi, poiché la pelle dei topi guarisce in modo diverso rispetto a quella umana. Alla fine, però, Abaci prevede che gli innesti saranno realizzati su misura dalle cellule del paziente stesso. Con un piccolo campione di pelle di 4X4 mm, sarà possibile coltivare e moltiplicare un numero sufficiente di cellule per creare una pelle sufficiente a ricoprire una mano umana.
Grazia Cusumano
Fonti:
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