Alla Delft University of Technology (TU Delft) nei Paesi Bassi, un gruppo di ricercatori ha realizzato un modello 3D davvero rivoluzionario. Si tratta di una sorta di “cervello in miniatura” che replica il vero ambiente cerebrale per studiare meglio come crescono i neuroni, come si sviluppano le reti neuronali e come si scambiano segnali vitali per l’apprendimento e l’adattamento del cervello.
Fare luce sui segreti dei neuroni
Nonostante siano tra le cellule più importanti del corpo umano, i neuroni hanno ancora molti segreti da svelare. Grazie a questo modello, descritto sulla rivista Advanced Functional Materials, gli scienziati sperano di comprendere meglio come i neuroni formano le loro reti. Questa conoscenza potrebbe rivelarsi utile anche per trovare nuove strade per combattere malattie neurologiche come l’Alzheimer, il Parkinson e i disturbi dello spettro autistico.
La magia dei nanopilastri
Per creare questo ambiente tridimensionale, i ricercatori hanno utilizzato minuscoli nanopilastri, strutture incredibilmente piccole che imitano il tessuto molle e fibroso del cervello. Questi pilastri hanno una geometria e una rigidità simili a quelle che i neuroni incontrano nel loro ambiente naturale. Di solito, per coltivare le cellule, si usano le classiche piastre di Petri: recipienti piatti e rigidi che però hanno ben poco a che fare con l’ambiente reale del cervello.
Una tecnologia ad alta precisione
Utilizzando una sofisticata tecnica di stampa laser 3D chiamata polimerizzazione a due fotoni, i ricercatori hanno progettato un array di nanopilastri con dimensioni mille volte più sottili di un capello umano. Variando l’altezza e la larghezza dei pilastri, sono riusciti a regolare la risposta meccanica percepita dalle cellule, influenzando la loro crescita.
Come funziona il modello 3D
“Inganniamo i neuroni, facendogli credere di trovarsi in un ambiente morbido come il cervello, anche se i nanopilastri sono rigidi”, ha spiegato Angelo Accardo, professore associato. I pilastri, infatti, simulano la morbidezza del tessuto cerebrale e offrono ai neuroni una struttura tridimensionale a cui agganciarsi, proprio come accade con le nanofibre presenti nel cervello reale.
Cosa hanno scoperto i ricercatori
Per testare il modello, sono stati coltivati tre tipi diversi di cellule neuronali, derivate da tessuti cerebrali di topo e da cellule staminali umane. I risultati sono stati sorprendenti: mentre nelle piastre di Petri i neuroni crescevano in direzioni casuali, sui nanopilastri stampati in 3D formavano reti organizzate con angoli precisi.
Una mano per orientarsi: i coni di crescita
Un aspetto interessante riguarda i coni di crescita dei neuroni, quelle strutture simili a piccole mani che guidano le cellule verso nuove connessioni. Su superfici piatte, questi coni si allargavano rimanendo schiacciati, mentre sui nanopilastri sviluppavano proiezioni simili a dita, capaci di esplorare l’ambiente in ogni direzione, proprio come accade nel cervello reale.
Maturazione neuronale accelerata
“Questo ambiente stimola anche la maturazione dei neuroni”, ha spiegato George Flamourakis, primo autore dello studio. Le cellule progenitrici cresciute sui nanopilastri mostravano livelli più elevati di marcatori tipici dei neuroni maturi rispetto a quelle cresciute su superfici piatte.
Gel morbidi? Non funzionano
E se bastasse coltivare i neuroni su gel morbidi come il collagene? I ricercatori hanno escluso questa possibilità: i gel sono troppo variabili e non offrono una struttura geometrica precisa. I nanopilastri, invece, sono altamente riproducibili e progettati con estrema precisione.
Uno sguardo al futuro
Replicando il modo in cui i neuroni crescono e si connettono, questo modello potrebbe fornire preziose informazioni sulle differenze tra reti cerebrali sane e quelle associate a disturbi neurologici, come l’Alzheimer, il Parkinson e i disturbi dello spettro autistico.
Foto di hainguyenrp da Pixabay