Organoidi cerebrali prodotti con la biostampa 3D: Humanitas e Polimi insieme per lo studio delle malattie neuronali

Mettere a punto, grazie alla biostampa 3D, organoidi cerebrali sempre più complessi e realistici che riproducano al meglio l’attività del nostro cervello, così da contribuire allo studio di malattie neuronali. È questo l’obiettivo del progetto che vede coinvolto il laboratorio di Neurosviluppo di Humanitas, coordinato dalla dott.ssa Simona Lodato, e i dipartimenti di Meccanica e Chimica del Politecnico di Milano, rappresentati rispettivamente dalla prof.ssa Bianca Maria Colosimo e dal prof. Davide Moscatelli.

Il progetto, finanziato da Cariplo con €250.000, e coordinato dal giovane ricercatore Mattia Sponchioni del Politecnico di Milano, in collaborazione con la giovane ricercatrice Monica Tambalo di Humanitas, intende, nello specifico, studiare i meccanismi della Sindrome di Pitt-Hopkins. Questa malattia genetica rara del neurosviluppo colpisce bambini di età neonatale, portando a gravi disabilità cognitive, ricorrenti crisi epilettiche e complicanze respiratorie.

“Questo progetto – illustra la dott.ssa Simona Lodato – nasce all’interno di una sinergia già attiva con il Politecnico di Milano in cui crediamo molto: portare l’innovazione tecnologica negli ambienti di medicina e biologia rappresenta una contaminazione tra campi diversi sempre più necessaria. Nel nostro laboratorio di Neurosviluppo, infatti, siamo in grado di produrre organoidi cerebrali, ovvero modelli cellulari tridimensionali a partire da cellule staminali pluripotenti derivate dai pazienti, che riproducono importanti caratteristiche del cervello umano in sviluppo. Nel caso specifico della sindrome di Pitt-Hopkins, utilizziamo cellule provenienti da biobanche presentanti la mutazione genetica alla base della malattia. Quello che facciamo è indirizzare queste cellule a differenziarsi in precursori neurali capaci di generare una vasta diversità di neuroni e cellule gliali della corteccia cerebrale umana; queste cellule, coltivate in sospensione all’interno dei bioreattori, sono in grado di assemblarsi spontaneamente tra loro a formare organoidi sferici che contengono circuiti neurali attivi. Tuttavia, questi organoidi sono privi di un sistema di vascolarizzazione e non riescono a riprodurre fedelmente la sofisticata architettura della corteccia cerebrale. La collaborazione con il Politecnico di Milano permetterà di far fronte alla sfida di produrre non solo organoidi sempre più simili al nostro cervello, o ad altri organi, ma anche autosufficienti e  più sofisticati”.

“Il Politecnico di Milano, infatti – prosegue la ricercatrice Monica Tambalo – sta svolgendo una ricerca per identificare biomateriali che siano in grado di supportare lo sviluppo dei neuroni differenziati a partire dalle cellule dei pazienti. Inoltre, i colleghi del Politecnico sono muniti di biostampanti 3D che, a differenza delle normali stampanti 3D, utilizzano come materiali di stampa “ink biomimetici”, ovvero compatibili con una determinata componente cellulare. Quello a cui stiamo lavorando è garantire la stampa multipla di diversi componenti cellulari nel Bio-ink, caricato nella macchina ad alta risoluzione, preservandone la vitalità e le funzioni biologiche. Quello che aspiriamo ad ottenere sono “bio-printed organoids”, dell’ordine di alcuni millimetri, dotati di un sistema primordiale di vascolarizzazione, in cui implementare geometrie complesse sempre più idonee allo studio di organi/tessuti”.

“L’obiettivo – conclude la dott.ssa Simona Lodato – è quello di creare prototipi, in questo caso partendo dalle cellule di pazienti affetti dalla Sindrome di Pitt-Hopkins, che siano utilizzabili anche per lo studio di altre malattie del neurosviluppo o neurologiche. Fondamentale è mettere a punto un sistema robusto che permetta di acquisire sempre più informazioni nei confronti di una determinata patologia per cercare di identificarne i meccanismi alterati alla base e, possibilmente, progettare nuove strategie di intervento, riducendo le distanze tra le conoscenze ottenute in laboratorio e la pratica clinica, al fine di  migliorare la salute e la qualità di vita dei pazienti”.