Cosa sono le impalcature per l'ingegneria dei tessuti?
Le impalcature di ingegneria tissutale sono strutture fatte di sostanze artificiali o naturali che agiscono come una forma su cui le cellule possono crescere. L'impalcatura può essere inerte e non interagire con le cellule che crescono su di essa, oppure può aiutare attivamente le cellule a crescere rilasciando segnali chimici. Tali impalcature sono utili per aiutare a ricostruire o sostituire il tessuto umano perduto.
La base dell'ingegneria dei tessuti è la creazione in laboratorio di nuove cellule e strutture biologiche per sostituire tessuti e organi persi o malfunzionanti. Per fare questo, gli ingegneri dei tessuti hanno bisogno di una forma - o impalcatura - su cui far crescere le cellule, perché le cellule cresciute in laboratorio non formano forme da sole; invece, si estendono in una forma bidimensionale. Le impalcature sono progettate per incoraggiare le cellule ad attaccarsi e crescere in una forma predeterminata specifica.
Le impalcature possono essere fatte da una varietà di sostanze. Questi includono materie plastiche, proteine della seta, ceramiche al fosfato di calcio e persino polimeri naturali come il collagene. Nel 2010, un ospedale di ricerca spagnolo stava sperimentando cuori umani prelevati da donatori e privati di tutte le cellule, lasciando indietro la struttura del collagene. L'obiettivo era quello di prelevare cellule da un paziente che necessita di un trapianto di cuore e consentire alle cellule di crescere sulla struttura del collagene, creando un nuovo cuore che il sistema immunitario non attacca come estraneo.
Un'impalcatura di ingegneria dei tessuti deve essere porosa. I pori consentono alle cellule di interconnettersi e aderire l'una all'altra. Idealmente, l'impalcatura dovrebbe anche rilasciare sostanze chimiche che aiutano a promuovere la migrazione cellulare, l'adesione cellulare e la differenziazione in cellule specializzate. Un altro vantaggio di alcuni scaffold di ingegneria dei tessuti è che sono biodegradabili, quindi si rompono una volta che le cellule si sono formate nella forma desiderata.
Un grave problema con alcuni scaffold di ingegneria dei tessuti è che le cellule hanno bisogno di ossigeno e sostanze nutritive per crescere. Le cellule possono migrare nei pori dell'impalcatura in una certa misura. Una volta che le cellule iniziano a penetrare troppo nei pori, tuttavia, non ricevono abbastanza nutrienti o ossigeno, perché gli strati superiori delle cellule bloccano il movimento dei nutrienti e dell'ossigeno negli strati inferiori. Un'innovazione, chiamata impalcatura solida a forma libera (SFF), aggira questo problema, perché è progettata con vasi sanguigni artificiali che trasportano questi nutrienti attorno alla struttura e rimuovono i prodotti di scarto. Le impalcature di ingegneria tissutale SFF sono state sperimentate nel 2011 per perfezionare il sistema dei vasi sanguigni artificiali in modo da poter produrre organi complessi di grandi dimensioni.
Gli scienziati hanno già creato la pelle seminando le cellule della pelle del paziente su una struttura di collagene. La pelle è una struttura bidimensionale, quindi il problema della diffusione dell'ossigeno e dei nutrienti non ha frenato lo sviluppo. Questa pelle viene utilizzata nel trattamento di innesti cutanei.