Gli ingegneri biomedici della Duke University hanno preparato un biomateriale iniettabile che potrebbe davvero aiutare il cervello a riprendersi dopo un ictus ischemico. Negli esperimenti sui topi, la sostanza gelatinosa ha trasformato la cavità lasciata dal tessuto cerebrale morto in un accogliente centro di guarigione, reclutando le cellule immunitarie del corpo, facendo germogliare nuovi vasi sanguigni, modificando il tessuto neurale e dando ai roditori migliori capacità motorie. I risultati sono stati pubblicati su Cell Biomaterials.

Ecco come funziona l'ictus: milioni di persone ogni anno hanno ictus ischemici, in cui un coagulo di sangue blocca il flusso sanguigno verso una parte del cervello. Trattamenti di emergenza come farmaci che sciolgono i coaguli o la rimozione fisica del coagulo possono salvare il tessuto ancora vitale, ma una volta che il tessuto cerebrale è morto, è perso. Gli ictus gravi possono lasciare un buco spalancato dove c'era il cervello, e la riabilitazione può fare solo fino a un certo punto: aiuta i circuiti sopravvissuti ad adattarsi ma non ricostruisce la regione persa.

"Una volta perso il tessuto cerebrale, ripristinare il flusso sanguigno non è più sufficiente", ha detto Tatiana Segura, Distinguished Professor di Ingegneria Biomedica Robert Plonsey alla Duke. "Il nostro obiettivo è ingegnerizzare lo spazio lesionato affinché i processi di riparazione immunitaria, vascolare e neurale possano iniziare a lavorare insieme".

Il team ha creato un ambiente all'interno della cavità dell'ictus che supporta più tipi di riparazione contemporaneamente. Hanno usato MAPS - scaffold microporosi annealati a particelle - che sono microparticelle di idrogel che si assemblano in una struttura porosa, fornendo una struttura per le cellule per ricostruire il tessuto neurale. Ma non si sono fermati qui. Volevano anche sfruttare il sistema immunitario, concentrandosi sugli astrociti, quelle cellule a forma di stella che rispondono rapidamente alle lesioni cerebrali. Gli astrociti rilasciano vescicole extracellulari (EV) - piccoli pacchetti di proteine, lipidi e materiale genetico che influenzano altre cellule.

Piuttosto che iniettare semplicemente le EV nell'area danneggiata, gli scienziati le hanno attaccate chimicamente alle microparticelle di idrogel. Questo ha mantenuto i segnali concentrati all'interno dello scaffold, dando alle cellule in arrivo una migliore possibilità di incontrarli. "Non stiamo semplicemente mettendo un materiale nel cervello", ha detto Segura. "Stiamo ingegnerizzando un ambiente locale che può coordinare diverse parti della risposta di riparazione".

Una combinazione di segnali si è distinta: IL-4 e C1q, che hanno attirato cellule immunitarie utili come i macrofagi e una popolazione sorprendentemente persistente di neutrofili. I neutrofili sono di solito i cattivi nell'infiammazione precoce dell'ictus, ma i risultati suggeriscono che il loro ruolo è più sfumato. Più tardi, con i giusti segnali, potrebbero effettivamente supportare la riparazione. Quando i ricercatori hanno eliminato questi neutrofili, la formazione di vasi sanguigni è crollata e lo scaffold non si è rimodellato altrettanto - prova che queste cellule contano.

"Questo risultato cambia il modo in cui pensiamo ai neutrofili dopo l'ictus", ha detto Shangjing Xin, scienziato principale e borsista postdottorale nel laboratorio Segura. "Il loro ruolo sembra dipendere da quando arrivano, dove si trovano e dai segnali che ricevono dall'ambiente circostante. Il nostro studio dimostra una potenziale strategia ingegneristica per reclutare e trattenere queste cellule al momento giusto".

Mentre le cellule immunitarie entravano, nuovi vasi sanguigni si formavano in tutta la cavità, e le fibre assonali - i cavi di comunicazione del cervello - aumentavano sia all'interno che intorno all'area lesionata. I topi sono anche migliorati in un test di camminata su griglia (che misura i passi falsi degli arti anteriori), e dopo otto settimane erano statisticamente indistinguibili dai controlli sani. Il miglioramento è durato per il resto dello studio.

Il team ha anche provato le EV senza lo scaffold, ma non sono riuscite a produrre una riparazione vascolare simile. Quindi il biomateriale non è solo un veicolo di consegna - la sua architettura porosa e la capacità di mantenere i segnali concentrati sono fondamentali.

Naturalmente, tutto questo è ancora preclinico. Il trattamento è stato testato solo nei topi, con iniezione diretta nel cervello. Servono più ricerche per valutare la sicurezza, comprendere i ruoli delle cellule immunitarie e vedere se funziona in modelli più grandi più vicini all'ictus umano. Inoltre, le EV attualmente provengono da astrociti di ratto; la