Ossa e cartilagini: ricostruirle con staminali e schiuma metallica

Contro il deterioramento di cartilagini e ossa provocato da osteoporosi e artrite sono in arrivo due nuovi metodi di ricostruzione ossea basati sull’uso di farmaci in grado di stimolare la produzione di cellule staminali e su una schiuma in grado di realizzare nuove protesi biomediche. È quanto emerge dagli studi pubblicati, rispettivamente, su Pnas dai ricercatori dell’Università di Strasburgo (Francia) e su Materials Science and Engineering dai ricercatori della North Carolina State University (Usa).

Gli scienziati francesi hanno realizzato una capsula attiva multistrato con l’ormone della crescita incorporato, che sarebbe in grado di promuovere la formazione di cellule staminali ossee capaci di rigenerare la cartilagine danneggiata e riparare le lesioni ossee.

I ricercatori americani hanno invece messo a punto una “schiuma metallica” – composta da solo acciaio o da una combinazione di acciaio e alluminio – piuttosto leggera e dotata di un’elasticità simile a quella del tessuto osseo, che consentirebbe la realizzazione di protesi biomediche in grado di essere “ben accettate” dall’organismo e, quindi, di non essere rigettate – fatto che si verifica in molti casi quando gli impianti sono costituiti da materiali più rigidi come, ad esempio, il titanio.

Al solito, ci sarà un po’ da aspettare prima che le novità raccontate sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences possano arrivare in clinica. Ma se le due strade (molto simili) percorse da studiosi statunitensi ed europei dovessero rivelarsi percorribili, riparare le cartilagini delle articolazioni potrebbe diventare più semplice e sicuro.

NANOMATERIALE – In entrambi i casi gli esperimenti sono stati condotti sui topolini, per cui saranno necessarie parecchie verifiche prima di arrivare all’uomo; in entrambi i casi si tratta di promuovere la ricostruzione della cartilagine mediante due procedimenti che prevedono l’uso di gel stimolanti locali. La prima ricerca, che arriva dalla Northwestern University di Chicago, ha previsto l’uso di un gel di nanofibre: in pratica, piccoli peptidi lipofili e idrofili che dopo essere stati iniettati sotto forma di gel nell’articolazione, dove c’è la cartilagine danneggiata, riescono ad autoassemblarsi formando una matrice più solida. «Questa matrice è molto simile a quello che normalmente la cartilagine “vede” nell’articolazione; soprattutto, la matrice riesce a legare un fattore di crescita, TGF-beta1 – racconta Ramille Shah, l’esperto di scienza dei materiali che ha messo a punto il gel –. Mantenendo alta e molto localizzata la concentrazione di TGF-beta1 si riesce a stimolare la formazione di nuova cartilagine a partire dalle cellule del midollo osseo. Tra l’altro la nostra nano-matrice lega i fattori di crescita già presenti nell’organismo, rendendo inutile l’inoculazione di costosi fattori di crescita sintetici». Nel giro di un mese, stando agli esperimenti sugli animali, la cartilagine si rigenera. Con risultati migliori rispetto all’altra tecnica a oggi disponibile per stimolare la formazione di nuova cartilagine, la produzione di microfratture (ovvero minuscoli forellini praticati nell’osso sottostante la parte danneggiata per richiamare sangue e facilitare la sintesi di cartilagine). La nuova cartilagine prodotta grazie al nanogel, inoltre, è più simile a quella normale, perché è ricca di fibre di collagene di tipo due; quella generata a seguito di microfratture, invece, è più simile a una «cicatrice», ricca di collagene di tipo uno.

GEL – Il secondo studio racconta gli esperimenti di un gruppo di ricercatori dell’università di Friburgo, in Germania, che hanno invece sfruttato un gel di agarosio, una sostanza molto usata nei laboratori per far crescere le colture cellulari. Iniettandolo nei topolini nello spazio che sta fra l’osso e il periostio (la membrana ossea esterna), nel giro di tre settimane ha consentito la formazione di nuova cartilagine: succede perché, spiegano gli autori, in questa sorta di bioreattore che si viene a creare all’interno dell’osso il gel “soffoca” le cellule e la mancanza di ossigeno è uno dei segnali che fanno partire la sintesi di nuova cartilagine. Questa, una volta prodotta in quantità, è stata quindi estratta e trapiantata dove serviva, a livello articolare. Con un buon successo, visto che si è adattata bene al nuovo ambiente e anche dopo nove mesi era ancora lì, senza dare segni di degenerazione. «Il metodo è veloce, non costoso e consente di ottenere buone quantità di cartilagine a partire dalle proprie cellule – osserva l’autore dello studio, Prasad Shastri –. Con l’ingegneria genetica e la biologia molecolare oggi riusciamo a togliere parti di cartilagine sana e farla ricrescere in vitro per poi reimpiantarla: il procedimento però è complicato, lungo e costoso, inoltre occorre tempo perché l’impianto sia di nuovo perfettamente funzionale. Il nostro metodo potrebbe superare queste difficoltà, usando le cellule del nostro organismo per produrre nuova cartilagine».

CONFERME – Per capire se una delle due strade potrà avere successo nell’uomo occorrono nuove verifiche; di certo si tratterebbe di una novità parecchio utile, perché come spiega Samuel Stupp, che ha collaborato alla ricerca statunitense e dirige l’Istituto sulle Bionanotecnologie in Medicina di Chicago, «la cartilagine non cresce più, una volta diventati adulti. Ma i danni alle cartilagini articolari riguardano tantissime persone e provocano dolori, artrosi e perdita delle capacità funzionali, con un impatto economico enorme e in crescita, visto l’invecchiamento della popolazione generale. Ben vengano quindi metodi alternativi per rigenerare la cartilagine», conclude Stupp.