Disporre di modelli che imitano fedelmente il comportamento dell’intestino umano significa poter studiare con maggiore precisione le malattie, valutare l’efficacia di nuovi farmaci e ridurre progressivamente il ricorso alla sperimentazione animale. Con questo obiettivo, l’Università di Pisa ha sviluppato un modello di intestino umano capace di “muoversi” come quello reale, riproducendo in laboratorio la peristalsi e le sollecitazioni meccaniche a cui sono sottoposte ogni giorno le cellule intestinali.
Il nuovo dispositivo, tecnicamente un bioreattore, ricrea un ambiente molto più vicino a quello dell’intestino umano rispetto ai modelli tradizionali garantendo la vitalità cellulare per almeno 28 giorni. Oltre a coltivare le cellule, il sistema riproduce la peristalsi, il movimento ritmico che permette all’intestino di funzionare correttamente. Grazie a questo stimolo, le cellule si organizzano spontaneamente in strutture tridimensionali simili ai villi intestinali.
«Il nostro obiettivo era superare i limiti dei modelli oggi disponibili, che riproducono solo in parte l’ambiente intestinale. Abbiamo dimostrato che il movimento meccanico dell’intestino non è un semplice dettaglio fisiologico, ma un fattore essenziale per guidare lo sviluppo di un tessuto più realistico» spiega il professor Giovanni Vozzi, dell’Università di Pisa, che ha coordinato lo studio.
Il bioreattore sviluppato dall’Università di Pisa. © UNIPI
Il bioreattore è stato brevettato in collaborazione con il gruppo della professoressa Emilia Ghelardi, del Dipartimento di Ricerca Traslazionale e delle Nuove Tecnologie in Medicina e Chirurgia dell’Ateneo. Rispetto ai dispositivi oggi disponibili, il sistema presenta costi di realizzazione contenuti, un’architettura modulare e la capacità di riprodurre in modo fisiologicamente realistico le sollecitazioni cui è sottoposta la parete intestinale.
Le possibili applicazioni
Grazie alla sua versatilità, il bioreattore potrà essere collegato ad altri modelli biologici, a partire da quello del microbiota intestinale già sviluppato dagli stessi ricercatori. Il passo successivo sarà quindi integrare il nuovo modello intestinale con altri tessuti per ricostruire in laboratorio l’asse microbiota-intestino-cuore-cervello per studiare l’origine e l’evoluzione di malattie cardiovascolari e neurodegenerative.
Pubblicato su Results in Engineering, lo studio è stato coordinato dal professore Giovanni Vozzi del Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione e del Centro di Ricerca “E. Piaggio” dell’Università di Pisa, in collaborazione con il professor Yu Shrike Zhang del Brigham and Women’s Hospital e della Harvard Medical School di Boston.
A questa linea di ricerca fanno riferimento altri due progetti di dottorato che coinvolgono, oltre a Vozzi e Ghelardi, la professoressa Vittoria Raffa, la professoressa Arianna Tavanti, entrambe dell’Università di Pisa, e il dottor Federico Vozzi dell’Istituto di Fisiologia Clinica del CNR.
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