Un modello di intestino umano capace di riprodurre in laboratorio la peristalsi e le sollecitazioni meccaniche dell’organo potrebbe contribuire a ridurre il ricorso ai test su animali vivi. Il dispositivo è stato sviluppato dal gruppo di biofabbricazione coordinato da Giovanni Vozzi, docente del Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione e del Centro di Ricerca Piaggio dell’Università di Pisa, in collaborazione con Yu Shrike Zhang del Brigham and Women’s Hospital e della Harvard Medical School di Boston.
Un bioreattore dinamico
Il sistema è tecnicamente un bioreattore e ricrea un ambiente più vicino alle condizioni dell’intestino umano rispetto ai modelli tradizionali. La struttura consente di mantenere la vitalità delle cellule per almeno 28 giorni e, oltre a coltivarle, riproduce il movimento ritmico che permette all’organo di funzionare. Sottoposte a questo stimolo, le cellule si organizzano spontaneamente in strutture tridimensionali simili ai villi intestinali.
L’obiettivo, spiegano i ricercatori, era superare i limiti dei sistemi disponibili, spesso in grado di riprodurre soltanto una parte dell’ambiente intestinale. I risultati indicano che il movimento meccanico non è un semplice dettaglio fisiologico, ma un elemento rilevante per guidare lo sviluppo di un tessuto più realistico. Un modello di questo tipo può essere utilizzato per studiare con maggiore precisione alcune malattie, valutare l’efficacia di nuovi farmaci e ridurre progressivamente la sperimentazione animale.
Sviluppo e possibili applicazioni
Il bioreattore è nato nell’ambito di un progetto di dottorato e del progetto MIcro-B, finanziato dal Bando per Dimostratori Tecnologici 2022 dell’Università di Pisa. Il dispositivo è stato inoltre brevettato in collaborazione con il gruppo di Emilia Ghelardi, del Dipartimento di Ricerca Traslazionale e delle Nuove Tecnologie in Medicina e Chirurgia dell’Ateneo.
Rispetto ad altri dispositivi, il sistema presenta costi di realizzazione contenuti, un’architettura modulare e la capacità di riprodurre in modo fisiologicamente realistico le sollecitazioni a cui è sottoposta la parete intestinale. Le applicazioni ipotizzate non riguardano soltanto lo studio della barriera intestinale: il bioreattore può essere collegato anche ad altri modelli biologici, compreso quello del microbiota intestinale già sviluppato dallo stesso gruppo di ricerca.
Il prossimo obiettivo è integrare il modello con altri tessuti per ricostruire in laboratorio l’asse microbiota-intestino-cuore-cervello. La linea di lavoro è collegata a due progetti di dottorato dedicati allo studio dell’origine e dell’evoluzione di malattie cardiovascolari e neurodegenerative. Alle attività partecipano, oltre a Vozzi e Ghelardi, Vittoria Raffa e Arianna Tavanti dell’Università di Pisa e Federico Vozzi dell’Istituto di Fisiologia Clinica del CNR.
