Concavo, convesso o piatto: le celle hanno la preferenza

Le superfici cave e la forma a sella stimolano la crescita delle cellule ossee dell’impianto meglio delle superfici convesse o piatte. I ricercatori di Delft guidati da Emir Zadpur lo descrivono in Comunicazioni sulla natura. Questa conoscenza potrebbe essere utile nella ricerca sulle endoprotesi ortopediche.

La maggior parte delle fratture ossee guarisce abbastanza facilmente con un gesso o una stecca, ma il corpo ha bisogno di un po’ più di aiuto se è necessario riparare molto tessuto osseo. Inoltre, questa nuova tecnologia può essere applicata, afferma Jos Malda: “Pensate alle fratture facciali, all’osteoporosi e ai tumori ossei”. Malda è professore di ortopedia all’Università di Utrecht e non è coinvolta nella ricerca.

Questo danno complesso può essere riparato fabbricando una struttura porosa da materiale biologico, posizionandola nel corpo e permettendo alle cellule ossee del corpo di crescere su di essa. Questo metodo di trattamento presenta numerosi vantaggi rispetto alle protesi in plastica dura o in metallo. La protesi biologica viene assorbita, mantenuta e riparata dal corpo. Questo dà una vita più lunga. Inoltre, l’impianto specifico per il corpo ha tutte le funzioni note del tessuto nativo. Ad esempio, il tessuto osseo può produrre cellule del sangue, ma il metallo fornisce solo forza.

Stampante 3D accurata

Per realizzare la tua protesi, devi essere in grado di controllare la crescita dei tessuti in quantità e direzione. Ciò rappresenta una sfida, spiega Malda: “Sappiamo che la dimensione dei pori e la forma del materiale hanno un impatto significativo sul comportamento delle cellule. Ma non comprendiamo ancora appieno come ciò avvenga”.

Il gruppo di ricerca TU Delft ha fornito una risposta parziale. Il team ha utilizzato un’accurata stampante 3D per produrre gli stampi. Le loro superfici erano di varie forme: piatte, curvate positivamente (convesse), curvate negativamente (concave) o una combinazione di queste. Hanno applicato cellule ossee di topi a questi calchi, che erano così piccoli – poche decine di micrometri – che le singole cellule potevano rilevare la curvatura. Le selle e le fosse sembrano stimolare la crescita e la divisione cellulare più delle protuberanze o degli appiattimenti. “Un modo elegante per studiare il comportamento delle cellule”, dice Malda.

Utilizzando modelli in plastica di diverse superfici, Zadpoor, professore di biomeccanica, spiega come funziona. Le superfici esercitano forze sulle cellule e sulle cellule per adattare il loro comportamento di conseguenza, ad esempio crescendo o non crescendo affatto. Vedono queste forze attraverso il loro “citoscheletro”, che è costituito da minuscole fibre. Si scopre che flettere queste fibre richiede energia e le cellule impiegano meno energia per crescere in fossette. Zadpour: “Le cellule scelgono il percorso di minor resistenza”.

Sebbene questa intuizione sia utile per modellare i tessuti, questa conoscenza non è ancora applicabile alla produzione di endoprotesi. Pertanto, i ricercatori ora vogliono esaminare le cellule non solo a livello micro, ma anche alla scala in cui devono funzionare nel corpo.