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Progressi nella progettazione di biomateriali e nella validazione dei tessuti

Recentemente si sono fatti diversi progressi nel mondo della progettazione di biomateriali e della validazione dei tessuti grazie al consorzio BIODESIGN. Attualmente, un partenariato di 19 team di ricercatori e medici di centri accademici, piccole imprese biotech e grandi azie...
Progressi nella progettazione di biomateriali e nella validazione dei tessuti
Recentemente si sono fatti diversi progressi nel mondo della progettazione di biomateriali e della validazione dei tessuti grazie al consorzio BIODESIGN. Attualmente, un partenariato di 19 team di ricercatori e medici di centri accademici, piccole imprese biotech e grandi aziende farmaceutiche stanno progettando e sviluppando approcci terapeutici all'avanguardia, con lo scopo di aiutare a curare i danni da trauma e le malattie degenerative negli esseri umani e di alleviare le sofferenze dei pazienti.

Progressi sono stati fatti nella progettazione di biomateriali da parte di un team di ricerca dell'UCL (University College London), nel Regno Unito, coordinato dal prof. Robert Brown. Il suo team si è occupato di una delle questioni principali dell'uso di biomateriali a base di collagene per la riparazione tessuti tissutale. Il problema era che, quando si usano materiali con fattori di crescita e cellule, la "miscela" può crescere in qualsiasi direzione, il che non corrisponde al preciso allineamento e posizionamento che si verifica durante la crescita dei tessuti. Questo indica che, per permettere un'integrazione funzionale con il tessuto circostante, un materiale usato per riparare il tessuto dovrebbe offrire sia i componenti strutturali che la direzione nella quale il tessuto dovrebbe riparare. Associando compressione e fotodinamica - approcci misti dipendenti dalla luce - il team di Brown è riuscito a creare un sistema di materiali altamente strutturato, che si può adattare a diversi tessuti complessi.

Una ricerca simile è stata condotta dal team del ricercatore Oommen Varghese presso l'Università di Uppsala, in Svezia. Sono stati condotti studi sull'uso di biomateriali basati su molecole naturalmente presenti della matrice extracellulare. Il team ha sviluppato un sistema altamente versatile che si può usare in metodi terapeutici. Sono stati sviluppati idrogel iniettabili con cinetica di rilascio regolabile di proteine terapeutiche basate su certe strutture molecolari - acido ialuronico e glicosaminoglicani - che aiutano la riparazione dei tessuti.

Team dell'Università di Nottingham, coordinati dal prof. Kevin Shakesheff, e dell'Università di Uppsala, hanno creato una serie di biomateriali che sono stati adattati alla cura di malattie delle ossa molto specifiche. Questo apre il mercato di opzioni reali per tutte le possibili malattie ossee. I materiali creati per le malattie ossee in precedenza si concentravano sulle ossa grandi e sul cranio, ma questi materiali non sono i più adatti per le ossa più piccole che sono altrettanto importanti, come le ossa che si trovano nell'orecchio. Il team del prof. Shakesheff ha sviluppato uno scaffold biodegradabile su misura per la rigenerazione delle cellule ciliate dell'orecchio. A quanto risulta, si tratta del primo scaffold di questo tipo per questa applicazione, il quale può essere inserito in una cavità e che si indurisce all'interno del corpo. Il team di Uppsala ha preso materiali esistenti e li ha mischiati a fosfonati - una forma tipica di farmaci usati per curare l'osteoporosi - per generare due nuovi tipi di materiali. Il primo aiuta a formare in modo corretto una struttura di supporto, il secondo aiuta a perfezionare, proteggere e incoraggiare la crescita e l'interazione delle cellule.

I team della AO Foundation, in Svizzera, e dell'Università di Southampton, nel Regno Unito, hanno cominciato a identificare soluzioni più informative per fornire informazioni correlate che permettano di seguire un corretto processo decisionale per lo sviluppo di una terapeutica dei tessuti umani. Coordinato dal ricercatore Martin Stoddart, il team svizzero ha studiato le cellule che si usano come prima prova per valutare se dei materiali possono indurre la generazione di tessuto osseo. Il team è riuscito a identificare due linee di cellule immortalizzate che corrispondono molto alle cellule umane. Così si sono delineate le cellule che si dovrebbero analizzare più a fondo nella ricerca futura, solo quei materiali che generano tutti i risultati positivi necessari al di sopra delle soglie richieste per l'effetto richiesto del materiale dovrebbero continuare nel processo di sviluppo.

Il team del prof. Richard Oreffo dell'Università di Southampton si era proposto di identificare modelli per strategie di progettazione della riparazione dei tessuti a costi più bassi, più veloci e più informativi. Ha rivisto l'esperimento usando colture di ossa di giovani polli come stadio intermedio tra le analisi sulle cellule e gli studi sui topi. Le ossa dei polli giovani si possono rimuovere chirurgicamente e far crescere in piastre di petri e si possono testare gli effetti dei materiali che promuovono la riparazione delle ossa poiché la loro risposta differenziale e unica agli stimoli esogeni costituisce un modello interessante per testare i fattori di crescita e le terapie di screening. Usando questo metodo il numero di materiali che si spostano nei modelli animali diminuisce di molto, creando informazioni meno costose, più veloci, di maggiore impatto e più etiche.

La ricerca sulla validazione del tessuto muscoloscheletrico è stata condotta da un team dell'UCL, coordinato dal prof. Giulio Cossu. Il team, in collaborazione con il team del prof. Dror Seliktar del Technion - Istituto israeliano di tecnologia - ha terminato la prima serie di esperimenti preclinici associando le cellule staminali muscolari ai biomateriali. Sono stati identificati due segnali di sviluppo e un fattore di crescita, questi possono avere un impatto significativo sulle cellule muscolari nel tessuto stesso determinando e modificando il loro comportamento. Anche se le cellule e il materiale vengono testati separatamente in esperimenti clinici, ci sono le potenzialità per una rapida associazione e per test sugli esseri umani.

E queste sono solo le prime fasi della ricerca, tipi di cellule ottimizzate, materiali più nuovi e fattori di crescita e segnali di sviluppo più precisi tutti integrati in una terapeutica comune rappresentano il futuro di questa via terapeutica. In questo modo si apre la strada allo sviluppo di nuovi approcci attraverso il progetto BIODESIGN.

Il progetto BIODESIGN risponde a un importante bisogno di un quadro scientifico-tecnologico e la produzione di protocolli per selezionare e creare materiali bio-ispirati funzionali più veloci e meno costosi. Il suo scopo è usare con successo un approccio "modulare" per guidare la fabbricazione di materiali, usare una tecnologia abilitante e infine dimostrare questi materiali e queste tecnologie all'avanguardia agli investitori europei. Il progetto è co-finanziato dal 7° PQ dell'UE e la sua ricerca è coordinata dal prof. Jons Hilborn dell'Università di Uppsala, in Svezia.

"Questi risultati pubblicati sono le prime dimostrazioni pubbliche della rilevanza e dell'impatto del piano originale del progetto BIODESIGN. Abbiamo già dimostrato l'assenza di correlazione tra i risultati clinici negli esseri umani e le analisi di sviluppo storiche usate durante lo sviluppo pre-clinico, e ora stiamo facendo progressi nella progettazione razionale di terapie rigenerative reali basate sulle esigenze dei pazienti e le conoscenze disponibili. Anche se siamo ancora lontani dalla clinica, le fondamenta posate dai partner sono molto solide e promettono molto bene per il futuro", ha dichiarato il prof. Hilborn.

Fonte: Università di Uppsala

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