Stampare neuroni in 3D per studiare il cervello

Utilizzare una stampante 3D per costruire un cervello usando un inchiostro a base di cellule nervose. C’è riuscito un team interdisciplinare di scienziati australiani e statunitensi che per questo è stato selezionato dalla casa editrice scientifica Elsevier, che ogni mese assegna l’Atlas award a una ricerca che “potrebbe avere un impatto significativo sulla vita delle persone di tutto il mondo”. La realizzazione di modelli in vitro più realistici permetterebbe infatti una migliore comprensione di questo affascinante organo e delle patologie che lo affliggono.

Il cervello è un organo estremamente complesso, senza dubbio il più studiato e il meno compreso dell’organismo umano. Con un peso pari al 2% di quello corporeo e più di 80 miliardi di neuroni al suo interno, la sua struttura e il suo funzionamento suscitano ancora molti interrogativi. Una delle tecniche utilizzate per lo studio del cervello è la coltura in vitro di cellule nervose, la quale, fino a poco tempo fa, era realizzata esclusivamente in due dimensioni: il risultato consisteva in “fogli” di neuroni, per nulla somiglianti alla disposizione spaziale che si viene effettivamente a creare nel cervello.

Infatti, in natura i neuroni non crescono su piani bidimensionali, ma formano delle complesse reti tridimensionali, dove la disposizione delle cellule nervose influenza direttamente la loro attività. Negli ultimi anni si è quindi affermata la necessità di realizzare in vitro delle strutture in 3D, così che i neuroni potessero crescere nella maniera il più simile possibile alla realtà. È in questo contesto che si inserisce l’innovativa ricerca pubblicata sulla rivista scientifica Biomaterials.

Il gruppo di ricerca, composto da biologi, chimici, medici e scienziati dei materiali, ha usato come materia prima per la stampante 3D una sostanza gelatinosa di origine organica, la gomma gellano; questa viene prodotta dal batterio Sphingomonas elodea, ed è attualmente utilizzata, oltre che nei laboratori di biologia, anche nell’industria alimentare come addensante. Alla gomma gellano è aggiunto un piccolo peptide che favorisce la proliferazione delle cellule nervose e la formazione di connessioni neuronali. Le cellule nervose sono quindi incapsulate all’interno della matrice gelatinosa, e il composto risultante viene utilizzato come “cartuccia” della stampante 3D. In seguito, più strati di materiale sono sovrapposti l’uno all’altro, per ottenere una stratificazione delle cellule simile a quella che si verifica effettivamente all’interno del cervello.

I risultati ottenuti sono promettenti: le cellule non sono state danneggiate durante la stampa, e in meno di 5 giorni hanno costruito delle connessioni del tutto simili a quelle osservabili in un vero circuito neuronale. Nonostante ciò, la tecnica è ovviamente migliorabile. Come ha dichiarato Gordon Wallace, coordinatore del progetto e professore presso l’Università di Wollongong, in Australia, il passo successivo sarà “ottenere una migliore risoluzione nella stampa 3D, così da poter mettere i neuroni nella disposizione spaziale più appropriata”.

Riferimenti: Elsevier