Questo modello 3D di polmone umano permetterà di scoprire nuovi farmaci contro la Covid

Realizzato in laboratorio un rivoluzionario modello 3D che replica il tessuto polmonare umano, una sorta di “polmone su chip” che permetterà di testare farmaci e verificare l'evoluzione di determinate patologie che colpiscono l'apparato respiratorio inferiore. Con un modello di questo genere si possono accelerare i tempi per la scoperta e la selezione di nuovi principi attivi potenzialmente efficaci, oltre che ridurre l'utilizzo di modelli animali nella sperimentazione. Si tratta di un passo in avanti significativo nel contrasto a malattie come la polmonite, l'asma, l'influenza, la broncopneumopatia cronica ostruttiva, alcuni tumori polmonari e anche la COVID-19, l'infezione provocata dal coronavirus SARS-CoV-2. Non a caso gli scienziati che hanno creato il modello 3D di “polmone su chip” stanno già approntando esperimento sull'impatto delle varianti del patogeno pandemico.

A mettere a punto il nuovo modello polmonare è stato un team di ricerca internazionale guidato da scienziati del Brigham and Women's Hospital – Scuola di Medicina di Harvard, che hanno collaborato a stretto contatto con i colleghi del Centro di ricerca per nano-biomateriali e medicina rigenerativa dell'Università della Tecnologia di Taiyuan (Cina), del Dipartimento di Scienze Biologiche e Ingegneria Medica dell'Università Sudorientale, dell'Istituto di tecnologia e istruzione superiore di Monterrey (Messico), del Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta” del Politecnico di Milano, dell'Università della Svizzera Italiana e di numerosi altri istituti. Gli scienziati, coordinati dal professor Yu Shrike Zhang, bioingegnere presso la Divisione di Ingegneria in Medicina dell'ospedale del Massachusetts, hanno sviluppato questa tecnologia affinché rispecchiasse in modo fedele le caratteristiche del polmone umano. Nello specifico, la porzione distale/alveolare dell'organo, dove sono presenti le minuscole sacche (alveoli) in cui raccolto viene raccolto e scambiato l'ossigeno durante la respirazione.

Fino ad oggi i modelli polmonari sperimentali sviluppati in laboratorio erano tendenzialmente strutture bidimensionali; la nuova tecnologia si basa su un idrogel poroso tridimensionale (3D) a base di gelatina metacriloile (GelMA) con una peculiare struttura a “opale inversa”, legata a un dispositivo su chip che permette l'interfaccia aria-liquido e i movimenti respiratori ciclici, quelli che caratterizzano la respirazione polmonare. All'interno della struttura sono state fatte crescere cellule polmonari umane, che in pochi giorni hanno occupato gli spazi 3D replicando efficacemente la struttura dell'organo. Si tratta dunque di un “banco da lavoro” che può rivoluzionare lo studio di farmacie e malattie. “Crediamo che sia una vera innovazione. Questo è il primo modello in vitro del suo genere in grado di replicare il polmone inferiore umano, che può essere utilizzato per testare molti meccanismi biologici e agenti terapeutici, compresi i farmaci antivirali per la ricerca sulla COVID-19”, ha dichiarato il professor Zhang in comunicato stampa.

Gli scienziati affermano che con un simile modello è possibile verificare come i farmaci anti Covid (alla stregua del remdesivir) agiscono sulla replicazione virale, determinando quali possono essere le opzioni migliori per il trattamento dei pazienti. Il discorso può essere espanso a numerose altre malattie respiratorie, dall'influenza ai tumori polmonari. In un esperimento, ad esempio, hanno fatto invadere il modello 3D dal fumo di sigaretta e hanno simulato l'azione meccanica della respirazione; grazie a questo processo hanno potuto osservare nel dettaglio il danno cellulare provocato dal diffuso vizio. Gli scienziati sottolineano che si tratta di una tecnologia ancora “acerba” – basti sapere che sono coinvolte solo 2 tipologie di cellule polmonari sulle oltre 40 esistenti -, pertanto dovrà essere ulteriormente perfezionata e collaudata. Ma quando sarà pronta permetterà di combattere più efficacemente tutte le patologie responsabili dell'insufficienza polmonare, tra le principali cause di morte al mondo. I dettagli della ricerca “Reversed-engineered human alveolar lung-on-a-chip model” sono stati pubblicati sulla rivista scientifica PNAS.