Creato un modello cerebrale stampato in 3D che favorisce lo sviluppo dei neuroni

Si dice che conosciamo meglio l’universo che il nostro cervello. Ebbene, il cervello è da sempre l’organo che più affascina per la sua complessità e le sue innumerevoli capacità e funzioni. La ricerca non si ferma e gli studiosi testano nuove tecnologie e strumenti per indagare al meglio il funzionamento del cervello, che sia per scoprire di più sulla materia grigia, sulla connessione tra i due emisferi cerebrali o sullo sviluppo di disturbi neurologici. I neuroni, in particolare, formano reti di scambio di segnali che permettono al cervello di imparare e adattarsi a una velocità incredibile, eppure restano ancora un mistero sotto molti aspetti. Grazie alla stampa 3D, è stato possibile fare un passo avanti nella decifrazione di tale complessità. 

Per studiare e comprendere meglio lo sviluppo dei neuroni, i ricercatori della University of Technology di Delft (TU Delft) hanno sviluppato un ambiente “simile al cervello” stampato in 3D in cui i neuroni crescono come in un cervello reale.  

Confronto tra neuroni in ambiente 2D (a sinistra) e 3D (a destra).

Nanopilastri stampati in 3D per imitare il tessuto cerebrale  

La sfida da cui la ricerca è partita era quella di trovare un’alternativa all’utilizzo delle tradizionali piastre di Petri. Queste sono piatte e rigide e non corrispondono all’ambiente morbido e fibroso della matrice extracellulare del cervello. Dato che i neuroni sono molto condizionati dallo spazio in cui si trovano, bisognava ricreare un ambiente il più simile possibile al cervello nel quale farli sviluppare. 

La soluzione è arrivata grazie alla polimerizzazione a due fotoni, una  tecnica di stampa 3D basata su laser, che consente una precisione su scala nanometrica. Questa tecnologia ha permesso la creazione di minuscoli nanopilastri capaci di imitare il tessuto neurale morbido e le fibre della matrice extracellulare del cervello.  

I pilastri, dalle dimensioni migliaia di volte più piccole di un capello umano, sono stati disposti a schiera su una superficie. Modificandone la larghezza, l’altezza e altri parametri, i ricercatori sono riusciti a replicare le proprietà meccaniche percepite dai neuroni nel reale ambiente cerebrale. “In questo modo i neuroni “pensano” di trovarsi in un ambiente morbido, simile a quello del cervello, anche se il materiale dei nanopilastri è di per sé rigido. Piegandosi sotto lo strisciare dei neuroni, i nanopilastri non solo simulano la morbidezza del tessuto cerebrale, ma forniscono anche una struttura nanometrica 3D a cui i neuroni possono aggrapparsi, proprio come le nano-fibre della matrice extracellulare nel tessuto cerebrale reale. Questo influenza il modo in cui i neuroni crescono e si connettono tra loro”, spiega Angleo Accardo, professore associato a capo del gruppo di ricerca. 

Una nuova pista per lo studio dei neuroni e delle malattie neurodegenerative 

Questa incredibile scoperta non ha soltanto migliorato lo studio delle cellule neuronali, ma ha prodotto risultati inaspettati. Per testare il modello, i ricercatori hanno fatto crescere tre diversi tipi di cellule neuronali, derivate da tessuto cerebrale di topo o da cellule staminali umane, sui nanopilastri. Nelle tradizionali piastre di Petri piatte e nei biomateriali 2D, i neuroni crescono in direzioni casuali. Nel modello di nanopilastri stampati in 3D, invece, i neuroni, non soltanto si sono adattati meglio all’ambiente, ma hanno iniziato a comportarsi in modo diverso, crescendo in modo più organizzato e preciso. Inoltre, a differenza dei test in ambienti piatti, l’ambiente 3D ha permesso ai neuroni di svilupparsi in più direzioni, promuovendo di fatti la loro crescita. Secondo i ricercatori questo comportamento è certamente più simile a ciò che accade realmente nel cervello.  

Differenza tra la screscita dei neuroni sui nanopilasti 3D (figure da A a D) e su una piastra di vetro (figura E).

La tecnologia additiva della polimerizzazione a due fotoni è stata la scelta vincente in questo caso perché ha permesso di realizzare nanopilastri con caratteristiche geometriche progettate razionalmente e con e una riproducibilità estremamente elevata. Gli stessi risultati non sarebbero ottenibili con matrici in gel, ad esempio, che non garantiscono replicabilità e affidabilità in termini di struttura.

Riproducendo meglio il modo in cui i neuroni crescono e si connettono, i ricercatori contano di ampliare la nostra conoscenza non solo sul funzionamento del cervello, ma anche sulle differenze tra le reti cerebrali sane e quelle associate alle malattie neurodegenerative, come l’Alzheimer, il Parkinson e i disturbi dello spettro autistico. Per saperne di più su questo studio: QUI. 

Cosa ne pensi di questa notizia? Se ti interessa l’argomento, non perderti la nostra pagina esclusiva dedicata alla stampa 3D nel settore medicale e dentale. Lascia un commento sui nostri canali Facebook, LinkedIn e YouTube. Segui tutte le novità dal mondo della stampa 3D nella nostra Newsletter settimanale!

Crediti per tutte le foto: University of Technology di Delft (TU Delft)