Un nuovo studio appena pubblicato su Nature Medicine dai ricercatori della University of Pennsylvania, USA, descrive un prototipo unico nel suo genere: un modello 3D di occhio umano o, più precisamente, di superficie oculare. Il modello descrive in modo fedele la superficie dell’occhio ed è fornito di palpebre perfettamente funzionanti.

L’obiettivo di questo progetto è fornire ai ricercatori la possibilità di testare farmaci utili nel combattere patologie oculari come la sindrome dell’occhio secco. Ad oggi, infatti, ci sono pochi farmaci disponibili per questo tipo di disturbi nonostante essi siano sempre più diffusi, complici anche le abitudini di vita dei tempi moderni (si pensi al forte utilizzo del computer sia a scopi lavorativi che non).

Un lavoro multidisciplinare

La ricerca è stata condotta dal Prof. Dan Huh, professore associato del dipartimento di Bio-ingegneria alla University of Pennsylvania, e dalla dottoranda Jeongyun Seo, con l’aiuto di un largo team di ricerca che raggruppa esperti nel campo dell’oftalmologia e della scienza dei materiali.

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“Siamo particolarmente orgogliosi del fatto che il nostro lavoro offre un grande e raro esempio di sforzi interdisciplinari che comprendono un ampio spettro di attività di ricerca dalla progettazione e fabbricazione di nuovi sistemi di bioingegneria alla modellizzazione in vitro di malattie umane complesse ai test antidroga. Penso che questo sia ciò che rende il nostro studio unico e rappresentativo dell’innovazione che può essere prodotto dalla tecnologia organ-on-a-chip.”  (Prof. Dan Huh)

L’obiettivo dei ricercatori è stato quello di creare un vero e proprio occhio su chip, un modello ingegnerizzato fedele al vero occhio umano, sia sano sia colpito da alcune patologie.

La struttura del modello


Il chip eye-on-a-chip del laboratorio di Huh attaccato a una palpebra motorizzata a base di gelatina. Il battito di ciglia diffonde lacrime sulla superficie corneale. Proprio questo è stato un aspetto critico da replicare nel modello per malattia dell’occhio secco. Le cellule della cornea crescono sul cerchio interno delle impalcature, tinte di giallo, e le cellule della congiuntiva crescono sul cerchio rosso circostante. Le lacrime artificiali sono fornite da un condotto lacrimale, tinto di blu.
© immagine e didascalia: Penn Engineering

Per realizzare questo incredibile modello, gli studiosi sono partiti da un’impalcatura porosa realizzata con la stampa 3D della grandezza di un centesimo e dalla forma di una lente a contatto. Su questa sono state quindi coltivate delle cellule di occhio umano. Il risultato è stato avere una superficie oculare completa con tanto di dotti lacrimali per la nutrizione del tessuto, cellule corneali e congiuntivali e, cosa molto interessante, palpebre funzionanti.

Dal punto di vista ingegneristico abbiamo trovato interessante pensare alla possibilità di imitare l’ambiente dinamico di un occhio umano che sbatte le palpebre. Il lampeggiamento serve a diffondere lacrime e generare un film sottile che mantiene idratata la superficie oculare. Inoltre aiuta a formare una rifrazione fluida superficie per la trasmissione della luce. Questa era una caratteristica chiave della superficie oculare che volevamo ricapitolare nel nostro dispositivo .   (Prof. Huh sul sito della University of Pennsylvania)

Lo scopo della ricerca

La ricerca appena pubblicata mira a creare un modello di studio utilizzabile per il test di nuovi farmaci. È di fondamentale importanza trovare soluzioni a problemi che, nonostante siano molto diffusi, non godono di una vasta scelta di terapie.

È chiaro che se venisse validato questo tipo di modello sarebbe molto più semplice procedere al test di nuove sostanze, limitando inmodo significativo l’utilizzo di cavie animali.

Nel laboratorio del Prof. Huh questo tipo di risultato non è nuovo; in passato, infatti, sono stati creati lì modelli che permettono di realizzare modelli di tessuti ossei in grado di ricreare le condizioni alle quali sono sottoposti gli astronauti, al fine di valutare gli effetti dell’assenza di gravità.

I futuri studi saranno volti all’inserimento di strutture nervose e vascolari all’interno del modello attuale. Inoltre si dovrà valutare dell’efficacia di questo modello nel test di prodotti farmaceutici.

Non resta che aspettare gli ulteriori sviluppi di questi lavori fantascientifici che, con la velocità della ricerca attuale, sono già una realtà dei giorni nostri.

 

Fonti ed approfondimenti: