Il dispositivo, versatile e capace di riprodurre in laboratorio i gradienti di ossigeno tipici dei tessuti umani, ha una tecnologia già brevettata e al centro di uno spin-off accademico. Può essere utilizzato sia per la ricerca di base sia per applicazioni più avanzate, come lo screening di farmaci.
Nei tessuti dell’organismo umano, la distribuzione dell’ossigeno non è omogenea: l’ossigeno si organizza secondo gradienti complessi e variabili che influenzano in modo significativo il comportamento cellulare, in particolare quello delle cellule tumorali.
Riprodurre in vitro tale complessità rappresenta da tempo una delle principali sfide della ricerca biomedica. In questo contesto, un gruppo di ricercatori dell’Università di Bologna ha sviluppato una soluzione innovativa, al tempo stesso efficace e accessibile.
Il sistema – presentato con un articolo sulla rivista Device di Cell Press – si basa su un biomateriale “attivo”, costituito da un idrogel a base di proteine ed enzimi, depositato mediante tecniche di microfabbricazione e stampa digitale sul fondo di comuni piastre per colture cellulari. Una volta applicato, il biomateriale è in grado di consumare ossigeno in maniera controllata, generando gradienti tridimensionali che riproducono fedelmente quelli presenti nei tessuti biologici vivi.
“Nelle colture cellulari tradizionali la distribuzione dell’ossigeno è uniforme, ma nel corpo umano non è così”, spiega Stefania Rapino, professoressa al Dipartimento di Chimica “Giacomo Ciamician” dell’Università di Bologna, che ha coordinato lo studio. “Le cellule percepiscono infatti livelli di ossigeno molto diversi a seconda della loro posizione: il nostro obiettivo era ricreare questa complessità in modo semplice e accessibile”.
A differenza di approcci più complessi – come la produzione di organoidi o l’utilizzo di tecnologie “organ-on-chip” – il nuovo dispositivo non richiede strumentazioni sofisticate come incubatori ipossici o sistemi di microfluidica avanzata. Al contrario, può essere integrato facilmente nelle procedure di laboratorio già esistenti, mantenendo al tempo stesso un alto grado di controllo sull’ambiente cellulare.
E i risultati sperimentali ne confermano l’efficacia. Testato su colture cellulari di tumore al seno, il nuovo dispositivo ha permesso di ricreare reazioni ai gradienti di ossigeno del tutto simili a quelle osservate nei tessuti reali.
“I test che abbiamo realizzato sulle cellule tumorali mostrano adattamenti tipici delle condizioni di ipossia, come la riduzione della crescita nelle aree più povere di ossigeno e l’attivazione di specifici meccanismi molecolari legati alla sopravvivenza tumorale”, conferma Rapino. “Si tratta di un risultato particolarmente rilevante perché l’ipossia è una caratteristica chiave di molti tumori ed è associata alla progressione della malattia e alla resistenza alle terapie”.
Altro punto di forza del nuovo sistema è la sua versatilità: consente infatti di osservare e analizzare le cellule con tecniche standard di laboratorio, recuperandole facilmente per studi molecolari successivi, e può quindi essere utilizzato sia per la ricerca di base sia per applicazioni più avanzate, come lo screening di farmaci.
La nuova tecnologia è già stata valorizzata sul piano industriale: è protetta da due brevetti dell’Università di Bologna e ha dato vita allo spin-off accademico InSimili, nato con l’obiettivo di portare questa innovazione verso applicazioni concrete in ambito biomedico e industriale.
Per l’Università di Bologna hanno partecipato Maila Becconi, Marco Malferrari, Daniela Salvatore, Francesco Zerbetto e Stefania Rapino del Dipartimento di Chimica “Giacomo Ciamician”, insieme a Andreas Lesch (Dipartimento di Chimica Industriale “Toso Montanari”), Isabella Zironi (Dipartimento di Fisica e Astronomia “Augusto Righi”), Maria Conte, Stefano Salvioli e Gastone Castellani (Dipartimento di Scienze Mediche e Chirurgiche).
fonte: Università di Bologna
