Una migliore comprensione del funzionamento della barriera emato-encefalica

Prendere più piccioni con una fava

Se tutte queste sfide fossero mosche, la piattaforma di Mario Modena le ucciderebbe con una fava. Lui e i suoi colleghi hanno impiegato tre anni e mezzo per sviluppare un modello di barriera emato-encefalica in 3D ad apertura, sotto la direzione di Andreas Hierlemann.

Per la barriera, il team di ricerca ha combinato su un'unica piattaforma i tipi di cellule che formano naturalmente la barriera emato-encefalica: cellule endoteliali microvascolari, astrociti umani e periciti umani. "Stiamo quasi replicando la struttura cellulare 3D del corpo umano", spiega Modena. Ma ciò che è davvero unico è che possiamo misurare la permeabilità della barriera e allo stesso tempo mappare i cambiamenti morfologici della barriera utilizzando la microscopia time-lapse ad alta risoluzione"."Per rendere possibili entrambe le cose, i ricercatori hanno attaccato elettrodi completamente trasparenti a vetri di copertura su entrambi i lati della barriera per misurare la permeabilità, che comporta la misurazione della resistenza elettrica attraverso la barriera cellulare. Gli elettrodi trasparenti presentano un vantaggio decisivo rispetto ad altri tipi di elettrodi, che possono influenzare i risultati del test a causa della loro struttura a filo.

"Non aumentare la complessità"

Per imitare il flusso del fluido nel corpo, i ricercatori hanno posizionato la piattaforma con il fluido nei serbatoi su una specie di altalena. La gravità genera il flusso, che a sua volta genera le forze di taglio sulle cellule. Andreas Hierlemann spiega il vantaggio di questa configurazione: "Poiché non utilizziamo pompe, possiamo testare molti modelli in parallelo, ad esempio nell'incubatore, senza aumentare la complessità".

In uno studio appena pubblicato sulla rivista "Advanced Science", i ricercatori hanno presentato e testato il loro nuovo modello di barriera emato-encefalica in vitro. Per farlo, hanno esposto la barriera a una carenza di ossigeno e zuccheri, come quella che si verifica durante un ictus. "Questo ci ha permesso di innescare rapidamente i cambiamenti nella barriera e di dimostrare il potenziale della piattaforma", spiega Modena.

Aziende farmaceutiche già interessate

In questo studio, Modena e i suoi colleghi non solo sono riusciti a dimostrare che la loro nuova piattaforma è adatta alla misurazione. Hanno anche scoperto che la resistenza elettrica della barriera crolla anche prima che questa cambi morfologicamente e diventi più permeabile. "Questo potrebbe essere interessante per le ricerche future", dice Modena. Un'altra osservazione: negli esperimenti di controllo con un modello statico in vitro, la barriera era più permeabile che nel nuovo set-up sperimentale di Modena. "Le forze di taglio generate dal flusso guidato dalla gravità promuovono ovviamente la formazione di uno strato di barriera più denso, il che conferma l'importanza della forza di taglio nei modelli in vitro".

Modena e Hierlemann ritengono che il loro modello faciliterà la scoperta di molecole che stabilizzano la barriera, ma anche di preparati e metodi per superarla. Ciò potrebbe avere un ruolo nel trattamento dei tumori cerebrali. Tuttavia, il loro modello potrebbe anche influenzare il futuro di altre ricerche in vitro, afferma Hierlemann: "Il vantaggio della nostra piattaforma è che può essere adattata molto facilmente ad altri modelli di cellule endoteliali, dove la combinazione di misurazione della densità e microscopia ad alta risoluzione consente nuove ricerche". È già chiaro che l'industria ritiene che il modello abbia un futuro promettente. Un'azienda farmaceutica è già in contatto con i ricercatori.