Pelle artificiale dall’idrogel

Redazione

Aprile 16, 2025 - 09:00

I ricercatori dell’Empa stanno sviluppando un nuovo materiale a base di idrogel che consente di ingegnerizzare tessuti cutanei artificiali, che possono fungere da modelli tridimensionali viventi della pelle umana per una migliore comprensione e trattamento delle malattie della pelle.

La pelle è l’organo più grande del corpo umano. Costituisce circa il 15% del nostro peso corporeo e ci protegge da agenti patogeni, disidratazione e temperature estreme.

Le malattie della pelle sono quindi più che spiacevoli: possono diventare rapidamente pericolose per i pazienti colpiti.

Sebbene condizioni come il cancro della pelle, le ferite croniche e le malattie autoimmuni della pelle siano molto diffuse, spesso non comprendiamo appieno il motivo per cui si sviluppano e come possiamo trattarle in modo efficace.

Per trovare le risposte a queste domande, i ricercatori dell’Empa stanno lavorando insieme ai partner clinici su un modello di pelle umana. Il modello consentirà agli scienziati di simulare le malattie della pelle e quindi di comprenderle meglio.

I ricercatori del Laboratorio per le membrane e i tessuti biomimetici dell’Empa e del suo Laboratorio per le biointerfacce mirano a produrre una “pelle artificiale” vivente che contenga cellule ed emuli la struttura stratificata e rugosa della pelle umana. Il progetto fa parte dell’iniziativa di ricerca svizzera SKINTEGRITY.CH.

Per ricreare qualcosa di così complesso come la pelle, sono necessari materiali da costruzione adeguati. È qui che i ricercatori dell’Empa hanno recentemente fatto progressi: hanno sviluppato un idrogel che soddisfa i requisiti complessi pur essendo facile da produrre. La base: gelatina dalla pelle di pesci d’acqua fredda.

Più che semplici celle

La gelatina di pesci d’acqua fredda come merluzzo, merluzzo giallo ed eglefino può essere reticolata in pochi passaggi per trasformarla in un idrogel non gonfio, che può essere stampato con le cellule della pelle. Immagine: Empa.

Come la maggior parte dei tessuti, la pelle è costituita da cellule che sono incorporate in una cosiddetta matrice extracellulare: una rete di proteine e altre biomolecole che fornisce al tessuto forma e struttura e sostiene le cellule.

La matrice extracellulare differisce da tessuto a tessuto, nel caso della pelle anche da strato a strato.

È fondamentale utilizzare un sostituto adatto per questa matrice per progettare un modello di pelle rappresentativo.

Un modo per simulare la matrice extracellulare è quello di utilizzare gli idrogel: speciali polimeri le cui catene sono reticolate in modo da consentire loro di assorbire grandi quantità di acqua e altri fluidi.

Sono particolarmente indicati per simulare la matrice extracellulare cutanea che contiene una grande quantità di acqua e altri fluidi. Un altro vantaggio: molti idrogel possono essere lavorati utilizzando una stampante 3D.

“La stampa 3D è potente per lo sviluppo di modelli di pelle. Le cellule della pelle possono essere incorporate nella matrice di idrogel in modelli specifici e non a caso”, afferma Kongchang Wei, leader del gruppo di ricerca congiunto Tissue-Regenerative Soft Materials.

“La stampa 3D ci consente di combinare più materiali e tipi di cellule in un’unica struttura, proprio come la vera pelle”.

Tuttavia, a causa della loro capacità di assorbire l’acqua, la maggior parte degli idrogel si gonfia considerevolmente quando entra in contatto per la prima volta con il liquido dopo la stampa 3D.

Il gonfiore cambia la loro forma e li rende diversi dal modello di pelle stratificata progettato. Sebbene esistano idrogel non rigonfianti, di solito sono molto difficili da produrre o stampare in 3D.

“Abbiamo scoperto che la natura ha già una soluzione molto più semplice ed elegante”, afferma Wei. La gelatina di pesci d’acqua fredda come merluzzo, merluzzo giallo ed eglefino può essere reticolata in pochi passaggi per trasformarla in un idrogel non gonfio, che può essere stampato con le cellule della pelle.

“Per il nostro modello di pelle, l’obiettivo è includere non solo lo strato del derma e dell’epidermide, ma anche la giunzione epidermico-dermica (nota anche come membrana di base) tra questi due strati della pelle”, afferma Wei.

“Con gli idrogel di gelatina di pesce d’acqua fredda e un’altra tecnica di lavorazione dei polimeri, l’elettrofilatura, ci stiamo avvicinando a questo obiettivo”.

Dalla ricerca sulla pelle alla guarigione delle ferite

Inoltre: senza l’aggiunta di cellule viventi, l’idrogel potrebbe essere utilizzato anche come materiale di medicazione.

Proprio come gli idrogel a base di gelatina animale, il materiale risultante è biologicamente compatibile con le cellule della pelle umana e può essere stampato in 3D.

Tuttavia, ha una caratteristica distintiva cruciale: poiché i pesci sono evolutivamente più lontani dall’uomo, la gelatina di pesce provoca meno reazioni immunitarie e comporta un minor rischio di trasmissione di malattie rispetto a materiali comparabili a base di gelatina di mammiferi.

“La pelle di pesce è attualmente oggetto di ricerca come strumento promettente per la guarigione delle ferite”, afferma Wei.

“Il nostro idrogel è più omogeneo, più sicuro e può essere adattato con precisione alle esigenze del paziente, ad esempio con forme, spessori e fermezza diversi. Anche l’integrazione dei farmaci sarebbe concepibile”, spiega il ricercatore.

Per questi motivi, i ricercatori hanno richiesto un brevetto per il loro idrogel a base di gelatina di pesce. Nella fase successiva, hanno in programma di completare lo sviluppo del modello di pelle vivente e renderlo disponibile ad altri scienziati.

“Speriamo che questo promuova una migliore comprensione dello sviluppo e del trattamento delle malattie della pelle”, afferma Wei. I ricercatori dell’Empa mirano anche a dare un’occhiata più da vicino alle insolite proprietà di rigonfiamento del loro idrogel.

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