La medicina rigenerativa ha trovato un alleato inaspettato negli scaffali dei supermercati: lo yogurt. Quello che potrebbe sembrare un accostamento bizzarro rappresenta invece una scoperta rivoluzionaria nel campo dei biomateriali, dove ricercatori della Columbia Engineering hanno dimostrato come le vescicole extracellulari derivate dal latte fermentato possano diventare la base per idrogel iniettabili di nuova generazione. Questo approccio non convenzionale promette di superare alcune delle principali barriere che da anni frenano lo sviluppo di materiali bioattivi per la rigenerazione tissutale.
Quando l'ingegneria biomedica incontra la fermentazione
Santiago Correa, professore assistente di ingegneria biomedica presso la Columbia Engineering, ha guidato un team internazionale nella progettazione di una piattaforma innovativa che sfrutta le proprietà uniche delle vescicole extracellulari. Queste particelle microscopiche, naturalmente secrete dalle cellule, fungono da messaggeri molecolari trasportando centinaia di segnali biologici tra cui proteine e materiale genetico. La loro capacità di orchestrare sofisticate comunicazioni cellulari risulta praticamente impossibile da replicare con materiali sintetici.
La ricerca, pubblicata sulla rivista Matter il 25 luglio, descrive un sistema rivoluzionario dove le vescicole extracellulari svolgono una doppia funzione strategica. Non si limitano a fornire carico bioattivo, ma diventano elementi strutturali fondamentali creando legami incrociati tra polimeri biocompatibili per formare materiali iniettabili.
Dal laboratorio al supermercato: la svolta dello yogurt
L'utilizzo di vescicole extracellulari derivate dallo yogurt ha permesso al team di aggirare i vincoli di resa che tradizionalmente ostacolano lo sviluppo di biomateriali basati su queste particelle. "Questo progetto è iniziato come una domanda fondamentale su come costruire idrogel basati su vescicole extracellulari", spiega Correa, che ha condotto lo studio insieme ad Artemis Margaronis, dottoranda del National Science Foundation presso il suo laboratorio. "Le vescicole dello yogurt ci hanno fornito uno strumento pratico, ma si sono rivelate molto più di un semplice modello."
Gli idrogel risultanti riescono a imitare le proprietà meccaniche dei tessuti viventi mentre stimolano attivamente le cellule circostanti, promuovendo guarigione e rigenerazione tissutale senza necessità di additivi chimici aggiuntivi. Questa caratteristica rappresenta un vantaggio significativo rispetto ai materiali sintetici tradizionali.
Una collaborazione che attraversa i continenti
Il successo della ricerca deriva dalla sinergia tra competenze diverse e distribuite geograficamente. Correa, che dirige il Nanoscale Immunoengineering Lab presso la Columbia University, ha collaborato con Kam Leong, collega della Columbia Engineering, e con ricercatori dell'Università di Padova, tra cui Elisa Cimetta del Dipartimento di Ingegneria Industriale e la dottoranda Caterina Piunti. L'expertise del team padovano nell'approvvigionamento di vescicole extracellulari da fonti agricole si è combinata perfettamente con l'esperienza del laboratorio Correa in nanomateriali e idrogel polimerici.
La piattaforma sviluppata si è dimostrata modulare e compatibile con diverse fonti di vescicole, incluse quelle derivate da cellule di mammiferi e batteri. Questa versatilità apre prospettive per applicazioni avanzate nella guarigione delle ferite e nella medicina rigenerativa, settori dove i trattamenti attuali spesso non riescono a promuovere riparazioni tissutali durature.
Risultati promettenti nei test preclinici
Gli esperimenti preliminari condotti su topi immunocompetenti hanno rivelato che gli idrogel con vescicole extracellulari dello yogurt sono biocompatibili e inducono una potente attività angiogenica nel giro di una settimana. I materiali non hanno mostrato segni di reazioni avverse, promuovendo invece la formazione di nuovi vasi sanguigni, passaggio cruciale per una rigenerazione tissutale efficace.
Il team di Correa ha osservato che l'idrogel crea un microambiente immunitario unico arricchito di cellule antinfiammatorie, che potrebbe contribuire ai processi di riparazione tissutale osservati. Attualmente i ricercatori stanno esplorando come questa risposta immunitaria possa guidare la rigenerazione dei tessuti.
"Riuscire a progettare un materiale che imita fedelmente l'ambiente naturale del corpo accelerando contemporaneamente il processo di guarigione apre un nuovo mondo di possibilità per la medicina rigenerativa", commenta Margaronis. "Momenti come questi mi ricordano perché il campo di ricerca nell'ingegneria biomedica è sempre sull'orlo di qualcosa di entusiasmante."