IIT: Realizzato un dispositivo nanotech ibrido che mima la barriera del cervello contro le sostanze dannose / IIT: Made a hybrid nanotech device that mimics the brain barrier against harmful substances

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

La ricerca pubblicata oggi in copertina dalla rivista scientifica internazionale SMALL aiuterà a studiare terapie per il trattamento di patologie cerebrali.

Un gruppo multidisciplinare dei ricercatori dell’IIT-Istituto Italiano di Tecnologia a Pontedera (Pisa) ha riprodotto in scala 1:1 la barriera emato-encefalica dell’uomo, cioè la struttura anatomica che protegge il cervello dall’arrivo di sostanze esterne dannose e da farmaci somministrati per via endovenosa. Il dispositivo nanotech è una struttura che per la prima volta unisce componenti artificiali e biologiche, e permette di studiare possibili terapie capaci di superare la barriera emato-encefalica in modo da trattare specifiche patologie cerebrali, tra cui i tumori.

Il lavoro è stato coordinato da Gianni Ciofani, ricercatore dell’Istituto Italiano di Tecnologia a Pontedera (Pisa) e professore al Politecnico di Torino, nell’ambito del progetto SLaMM, finanziato dall’European Research Council (ERC) proprio per la realizzazione di nanostrutture utili all’identificazione di terapie per il cervello. Grazie al modello della barriera emato-encefalica, il gruppo di Ciofani potrà comprendere come superare l’azione di “barriera” e arrivare in modo sicuro al cervello per somministrare farmaci.
 
La prestigiosa rivista scientifica "Small" ha pubblicato oggi l’articolo, valorizzandolo in copertina con un’immagine che mostra il dispositivo: un chip microfluidico nato dalla congiunzione di componenti artificiali costruite con tecniche di fabbricazione nanometriche 3D (fotolitografia a due fotoni) e da una componente biologica, rappresentata da cellule endoteliali, cioè le cellule che rivestono i vasi sanguigni.
 
La barriera emato-encefalica artificiale, infatti, è costituita da una struttura polimerica che mima i microcapillari del circolo sanguigno cerebrale attraverso 50 tubi di dimensioni micrometriche in parallelo, bucherellati con piccolissimi pori regolari, e su cui sono 

state coltivate le cellule endoteliali in modo da riprodurre il comportamento del sistema naturale. L’intero sistema artificiale ha le dimensioni di pochi millimetri, rappresentando una porzione del sistema naturale, e al suo interno può circolare un fluido a pressioni comparabili a quelle del sangue che circola nei capillari cerebrali.
 
Per potere realizzare il dispositivo, il gruppo di ricerca ha lavorato con un approccio multidisciplinare, combinando competenze di micro-nano fabbricazione, di biologia e di modellistica e micro-fluidodinamica, anche grazie alla collaborazione con Edoardo Sinibaldi, altro ricercatore IIT.
In futuro i ricercatori studieranno il comportamento di farmaci e di nanovettori per superare la barriera emato-encefalica e raggiungere il sistema nervoso centrale. Questo permetterà di individuare terapie per il trattamento di tumori cerebrali e per altre patologie come l’Alzheimer e la sclerosi multipla.

ENGLISH

The research published today on the cover of the international scientific journal SMALL will help to study therapies for the treatment of brain diseases.

A multidisciplinary group of researchers of the IIT-Italian Institute of Technology in Pontedera (Pisa) has reproduced in 1: 1 scale the man's blood-brain barrier, ie the anatomical structure that protects the brain from the arrival of harmful external substances and from drugs given intravenously. The nanotech device is a structure that for the first time combines artificial and biological components, and allows to study possible therapies able to overcome the blood-brain barrier in order to treat specific brain pathologies, including tumors.

The work was coordinated by Gianni Ciofani, researcher at the Italian Institute of Technology in Pontedera (Pisa) and professor at the Polytechnic of Turin, as part of the SLaMM project, funded by the European Research Council (ERC) for the realization of nanostructures useful for the identification of therapies for the brain. Thanks to the model of the blood-brain barrier, the group of Ciofani will be able to understand how to overcome the action of "barrier" and arrive safely to the brain to administer drugs.

 

The prestigious scientific magazine "Small" published today the article, enhancing it on the cover with an image that shows the device: a microfluidic chip born from the conjunction of artificial components built with nanometric 3D fabrication techniques (two photon photography) and a biological component, represented by endothelial cells, ie the cells that line the blood vessels.

 

The artificial blood-brain barrier, in fact, is constituted by a polymeric structure that mimics the microcapillaries of the cerebral bloodstream through 50 tubes of micrometric dimensions in parallel, pricked with very small regular pores, and on which the endothelial cells were cultivated in order to reproduce the behavior of the natural system. The whole artificial system has the dimensions of a few millimeters, representing a portion of the natural system, and inside it can circulate a fluid at pressures comparable to those of the blood that circulates in the cerebral capillaries.

 

In order to be able to realize the device, the research group worked with a multidisciplinary approach, combining micro-nano manufacturing, biology and modeling and micro-fluid dynamics skills, also thanks to the collaboration with Edoardo Sinibaldi, another IIT researcher.

In the future, researchers will study the behavior of drugs and nanovectors to overcome the blood-brain barrier and reach the central nervous system. This will allow to identify therapies for the treatment of brain tumors and for other diseases such as Alzheimer's and multiple sclerosis.

Da:

http://www.lescienze.it/lanci/2018/02/08/news/iit_realizzato_un_dispositivo_nanotech_ibrido_che_mima_la_barriera_del_cervello_contro_le_sostanze_dannose-3855886/?ref=nl-Le-Scienze_09-02-2018