Un innovativo studio condotto dall’University College di Londra (UCL) ha sviluppato Loa biostampa 3D per studiare le malformazioni del midollo spinale negli embrioni. Lo studio potrebbe aprire nuove prospettive per la comprensione e la prevenzione delle malformazioni congenite come la spina bifida
La biostampa 3D: un approccio innovativo
Indice dei contenuti
Il team di scienziati dell’UCL ha impiegato la biostampa 3D per creare sensori con posizione, geometria e rigidità accuratamente determinate. Questi sensori sono stati integrati direttamente nel cervello e nel midollo spinale di embrioni di pollo, permettendo di raccogliere dati precisi sulla meccanica dello sviluppo embrionale. Questo approccio innovativo potrebbe fornire informazioni importanti su come si sviluppano le malformazioni del midollo spinale, quali ad esempio la spina bifida, una delle malformazioni congenite più comuni e gravi del sistema nervoso centrale.
Prima di addentrarci nello studio, utile spendere qualche riga sulla condizione.
Conosciamo la spina bifida
Questa condizione si caratterizza per uno sviluppo incompleto del midollo spinale e delle vertebre, che si manifesta durante le prime settimane di gravidanza quando il tubo neurale, la struttura embrionale che darà origine al cervello e al midollo spinale, non si chiude correttamente.
Incidenza
Ogni anno, circa 1 su mille nascite nel mondo è affetto da spina bifida, con variazioni significative tra i diversi Paesi e gruppi etnici. In Italia, si stima che circa 1-2 bambini su mille nascano con questa condizione. Negli Stati Uniti, il Centro per il Controllo e la Prevenzione delle Malattie (CDC) riporta che circa 1.500-2.000 neonati vengono diagnosticati con spina bifida ogni anno.
Cause della spina bifida
La causa esatta della spina bifida è ancora sconosciuta, ma si ritiene che sia il risultato di una combinazione di fattori genetici e ambientali. Tra i fattori di rischio noti, il deficit di acido folico è uno dei principali, poiché un’adeguata assunzione di questa vitamina prima e durante la gravidanza riduce significativamente il rischio di spina bifida. La storia familiare di difetti del tubo neurale può aumentare il rischio, così come il diabete e l’obesità materna. Alcuni farmaci, come i farmaci antiepilettici, possono aumentare il rischio di malformazioni congenite se assunti durante la gravidanza.
Sintomi
I sintomi possono variare notevolmente a seconda della gravità e del tipo di difetto. La spina bifida occulta è la forma più lieve, dove la fessura nella colonna vertebrale è piccola e non coinvolge il midollo spinale, spesso asintomatica e scoperta solo tramite radiografia. Nel meningocele, le meningi sporgono attraverso la fessura vertebrale, ma il midollo spinale è intatto, causando sintomi lievi.
Il mielomeningocele è la forma più grave, dove il midollo spinale e le meningi protrudono attraverso una fessura nella colonna vertebrale, causando gravi problemi neurologici come paralisi parziale o completa, problemi intestinali e vescicali, e idrocefalo.
Diagnosi
La diagnosi può avvenire durante la gravidanza o dopo la nascita. Gli esami prenatali, come l’ecografia prenatale e il test del sangue materno per l’alfafetoproteina (AFP), possono indicare la presenza di difetti del tubo neurale. L’amniocentesi preleva un campione di liquido amniotico per analizzare il livello di AFP e la presenza di anormalità cromosomiche. Dopo la nascita, la risonanza magnetica (MRI) e la tomografia computerizzata (CT) possono essere utilizzate per valutare l’estensione del difetto.
Trattamento
Il trattamento varia a seconda della gravità della condizione. L’intervento chirurgico prenatale può essere effettuato in alcuni casi per riparare il difetto prima della nascita, migliorando gli esiti neurologici. La chirurgia postnatale, spesso eseguita subito dopo la nascita, chiude il difetto per prevenire infezioni e ulteriori danni al midollo spinale. I trattamenti di supporto includono fisioterapia, gestione delle complicazioni urologiche e intestinali, e dispositivi ortopedici per migliorare la mobilità.
Nuove prospettive grazie alla biostampa 3D
Durante lo sviluppo embrionale, le forze meccaniche svolgono un ruolo nevralgico nella formazione di organi e sistemi anatomici, incluso il tubo neurale, che darà origine al sistema nervoso centrale. Studiare queste forze è complicato a causa delle dimensioni microscopiche e della delicatezza del midollo spinale embrionale. I ricercatori hanno affrontato questa sfida stampando in 3D minuscoli sensori di forza, larghi circa 0,1 mm, direttamente all’interno del sistema nervoso in via di sviluppo degli embrioni di pollo.
I sensori stampati in 3D utilizzati nello studio iniziano come un liquido applicato sugli embrioni. Quando esposti a un laser potente, si trasformano in un solido simile a una molla. Questo solido si attacca al midollo spinale in crescita e si deforma sotto l’influenza delle forze meccaniche prodotte dalle cellule embrionali, permettendo così di misurare con precisione queste forze.
La biostampa: scoperte chiave
I ricercatori hanno scoperto che gli embrioni generano minuscole forze, circa un decimo del peso di un ciglio umano, necessarie per formare il midollo spinale. Per uno sviluppo normale, queste forze devono superare le forze negative opposte. Quantificare queste forze consente di esplorare farmaci che possono aumentare le forze positive o diminuire quelle negative, offrendo nuove strategie per prevenire malformazioni congenite come la spina bifida.
Implicazioni della scoperta
La capacità di misurare con precisione le forze meccaniche nei tessuti embrionali offre una finestra senza precedenti sullo sviluppo del sistema nervoso centrale. Questo potrebbe aiutare a identificare i fattori meccanici che contribuiscono alla formazione di malformazioni come la spina bifida, portando allo sviluppo di interventi preventivi più efficaci e migliorando significativamente gli esiti per i neonati affetti da queste condizioni. Tali farmaci potrebbero anche integrare i benefici dell’assunzione di acido folico, una strategia consolidata per prevenire problemi di sviluppo prima e durante la gravidanza.
La biostampa 3D: prospettive future
«Grazie all’uso di nuovi biomateriali e della microscopia avanzata, questo studio promette un cambiamento radicale nel campo della meccanica embrionale e pone le basi per una comprensione unificata dello sviluppo. Il nostro lavoro apre la strada all’identificazione di nuove strategie preventive e terapeutiche per le malformazioni del sistema nervoso centrale». A dichiararlo, l’autrice principale, la dottoressa Eirini Maniou dell’UCL Great Ormond Street Institute of Child Health e dell’Università di Padova.
Il gruppo di ricerca ha anche dimostrato che la stessa tecnologia potrebbe essere applicata alle cellule staminali umane man mano che si sviluppano nelle cellule del midollo spinale. Questo permetterebbe di confrontare le cellule staminali di donatori sani e di pazienti affetti da spina bifida, con l’obiettivo di comprendere perché alcune persone sviluppano la condizione.
Il co-autore senior, il Dott. Gabriel Galea dell’UCL Great Ormond Street Institute of Child Health, le fa eco. «Questa tecnologia è molto versatile e ampiamente applicabile a molti campi di ricerca e speriamo che venga rapidamente adottata e applicata da altri gruppi per affrontare questioni fondamentali».
Il professor Nicola Elvassore dell’Università di Padova e VIMM ha aggiunto che «questa scoperta non solo ci consente di comprendere meglio le forze meccaniche in gioco durante lo sviluppo embrionale, ma offre anche nuove prospettive per intervenire e prevenire condizioni come la spina bifida. La capacità di quantificare le forze embrionali con tale precisione rappresenta un significativo passo avanti nella ricerca biomedica».
Fonti
Nature Materials. (2024). Biostampa 3D con posizione, geometria e rigidità accuratamente determinate.
Centers for Disease Control and Prevention (CDC). (2024). Facts about Spina Bifida. Retrieved from cdc.gov
World Health Organization (WHO). (2024). Neural tube defects. Retrieved from who.int
Ulteriori informazioni: Eirini Maniou et al. Quantificazione delle forze meccaniche durante la morfogenesi dei vertebrati, Nature Materials (2024).
Fornito dall’University College di Londra