COME L'INGEGNERIA TISSUTALE PUÒ AIUTARE LA RIGENERAZIONE DEL NERVO PERIFERICO

Il nostro corpo ha una capacità intrinseca di autoguarigione. Lo sperimentiamo facilmente quando ci tagliamo, o quando ci rompiamo un osso.

Questo avviene anche a livello del Sistema nervoso.

Il nervo è capace di rigenerarsi attraverso processi chimici e cellulari che coinvolgono fattori neurotrofici, cellule di Schwann e altri composti attivati dal sistema immunitario.

Ing. Luigi Corvino

In caso di lesioni gravi, o quando viene a mancare una lunga porzione di nervo, la rigenerazione spontanea non è sufficiente a riparare il nervo e a recuperarne la funzionalità.

In queste situazioni, chiamate lesioni neurotmesiche, è necessario un intervento chirurgico, che può comportare una semplice sutura per le lesioni minori, o operazioni d’innesto,  ovvero un intervento che porta a sostituire la parte di nervo lesionata con un nervo proveniente dallo stesso paziente o da cadavere.

Queste operazioni comportano un secondo intervento per rimuovere i punti di sutura e un tempo di degenza molto lungo, quindi costi sanitari molto elevati, inoltre se l’innesto proviene dallo stesso paziente si deve rimuovere una parte di nervo funzionante e non del tutto identica a quella da sostituire, mentre se proviene da cadavere si può avere rigetto.

Una soluzione a questi problemi può essere l’utilizzo di guide neurali.

Una guida neurale è un condotto micro/nano-strutturato che unisce le due estremità del nervo lesionato e che non necessita d'essere rimosso in quanto creato con materiale biodegradabile.  Facilita inoltre  la diffusione dei fattori neurotropici e neurotrofici prodotti dai residui del nervo, fornisce una barriera protettiva semipermeabile con l’ambiente esterno, permettendo lo scambio di sostanze nutritive e prodotti di scarto. Queste guide devono anche ostacolare l’infiltrazione di tessuto cicatriziale che intralcerebbe la rigenerazione assonale.

Attualmente la tecnica più promettente per la produzione di guide neurali è quella dell’elettrofilatura ed è su di essa che sta investendo la ricerca.

L’elettrofilatura, conosciuta anche sotto il nome di electrospinning,  è una  tecnica tessile che, servendosi di forze elettrostatiche, permette di ottenere fibre con diametro dell’ordine di centinaia di nanometri (per dare un’idea delle grandezze in gioco si pensi che è circa mille volte inferiore al diametro di un capello umano). 

All’inizio del processo una siringa viene riempita con una soluzione di polimero che, attraverso un ago, viene immersa in un campo elettrico: la forza elettrostatica causata da quest’ultimo prevale sulla tensione superficiale e sugli sforzi viscosi della massa polimerica, permettendo la formazione di un vero e proprio getto, che si proietta in direzione di un collettore, costituito da una piastra metallica elettricamente scarica sulla quale si forma una trama di fibre simile ad un tessuto. Infatti il getto elettricamente carico che emerge dalla base del foro dell’ago va a sviluppare una geometria conica (cono di Taylor), la quale viene poi accelerata e assottigliata attraversando il campo elettrico a cui è soggetta, formando così, grazie anche all’evaporazione del solvente, un filamento stirato. Durante questa fase interviene anche una rapida rotazione a spirale del getto accelerato (whipping motion) che comporta una drastica riduzione del diametro del getto.

Le nanofibre prodotte attraverso questa tecnica sono molto efficienti nella realizzazione di guide neurali: la finezza della fibra permette di avere elevata porosità ed un alto rapporto superficie/volume, il che promuove alta densità cellulare, adesione e proliferazione. L’electrospinning risulta inoltre molto vantaggioso per l’ingegneria tissutale, poiché possiede un’ampia modificabilità di parametri.

Modificando i parametri della soluzione, del processo e dell’ambiente si possono così selezionare diametro, porosità, granulosità delle nanofibre a seconda di quella che dovrà essere la loro applicazione finale.

Il parametro più importante nella creazione di una guida neurale è però il materiale.

Il materiale deve avere una corretta velocità di degradazione e delle ideali proprietà meccaniche. Ciò serve a minimizzare la risposta infiammatoria e a prevenire la compressione del nervo, infatti non sarebbe opportuno che il materiale si degradasse prima che il nervo si sia riparato.

I materiali sintetici vengono spesso utilizzati nell’elettrofilatura per il loro basso costo e per la loro compatibilità con un ampia scala di solventi; quest’ultimi inoltre, rispetto ai materiali naturali, tendono ad avere migliori proprietà meccaniche come la resistenza a trazione e il modulo di Young.  Tuttavia i materiali naturali condividono proprietà simili a quelle del tessuto che stanno sostituendo e, in aggiunta, mostrano una buona interazione con le cellule e con l’intero sistema biologico in merito alle loro proprietà bioreattive; tale biocompatibilità porta ad una miglior rigenerazione del tessuto. Tra i materiali naturali si annoverano il collagene e alcuni polisaccaridi come il chitosano, l’acido ialuronico e l’alginato.

La realizzazione di una guida nervosa che possa effettivamente aiutare nella rigenerazione del nervo periferico è quindi un obiettivo molto difficile, perché vanno definite a priori la corretta biodegradabilità, biocompatibilità, permeabilità e resistenza meccanica.

Il compito degli ingegneri biomedici risulta pertanto molto complesso: interfacciare un dispositivo artificiale con il corpo umano è un’impresa ardua, in quanto il nostro corpo è il “dispositivo” più complesso fin’ora creato.

Autori: Ing. Luigi Corvino e Dott.ssa Luigina Pugno