Uno scaffold biomimetico per studiare l’osteoporosi: una ricerca italiana

I ricercatori del Politecnico di Torino stanno lavorando ad un ambizioso progetto che si propone di sviluppare un nanomateriale composito innovativo in grado di imitare, nel modo più fedele possibile, il tessuto osseo. Lo scopo è quello di creare uno strumento che permetta di comprendere il funzionamento dell’osso e, in particolare, i meccanismi che portano all’insorgenza dell’osteoporosi.

Il progetto, denominato BOOST, si propone di aprire un nuovo fronte di ricerca nel quale convergono ingegneria dei materiali, biologia, chimica, biomeccanica e nanotecnologie.

Osteoporosi: cause ed impatto sulla popolazione

Quando pensiamo al nostro scheletro, spesso commettiamo l’errore di considerarlo come una struttura fissa ed immutabile. In realtà possiamo immaginare il nostre scheletro come un edificio che viene costantemente demolito e ricostruito. Questo processo continuo, chiamato rimodernamento osseo, è il risultato del un bilanciamento tra riassorbimento e nuova deposizione del tessuto osso. Tali meccanismi sono governati rispettivamente dagli osteoclasti edagli osteoblasti, le cellule specializzate dell’osso.

Con l’invecchiamento si riscontra uno sbilanciamento tra osteoclasti ed osteoblasti. Ciò comporta una diminuzione, anche in larga misura, della qualità del tessuto osseo. Si ha così l’insorgenza di una patologia denominata osteoporosi che, letteralmente, significa “osso poroso”.

L’ osteoporosi consiste in una perdita di massa ossea con conseguente diminuzione di resistenza alla frattura. Oltre all’età sono diversi i fattori che portano all’insorgenza di questa patologia: carenza di vitamina D e di calcio nell’organismo, fumo, fattori ormonali, sedentarietà, magrezza estrema ed obesità.

Quello dell’osteoporosi costituisce un problema sanitario estremamente serio. In Europa una persona su 5 sarà soggetta a una frattura dovuta a osteoporosi nel corso della sua vita. Questo significa una nuova frattura osteoporotica ogni 3,5 secondi. Ciò si traduce in un gravoso onere finanziario sui servizi sanitari, destinato a crescere a causa dei cambiamenti demografici e dell’aumento dell’aspettativa di vita.

Il progetto BOOST

Le strade percorse per combattere l’osteoporosi sono attualmente due: quella della prevenzione con un adeguato stile di vita e quella farmacologica. I farmaci usati, tuttavia, diminuiscono il riassorbimento osseo nel suo complesso e dunque anche quello necessario al rinnovamento. In questo modo l’osso si irrigidisce e perde elasticità.

Il progetto BOOST del Politecnico di Torino apre un nuovo fronte di ricerca incentrato sull’interazione tra biomateriali, topografia, fattori di crescita e cellule ossee, prendendo in considerazione scale diverse, fino a quella nanometrica.

I ricercatori coinvolti fabbricheranno uno scaffold intelligente, una sorta di “impalcatura” attraverso la quale tenteranno di riprodurre le condizioni chimiche, fisiche e meccaniche in cui si svolge la fisiologica dinamica del tessuto osseo. Il tutto con una precisione nanometrica. Mediante tecniche di microscopia elettronica e con una speciale tac sarà possibile visualizzare i dettagli dell’osso umano e fornire le informazioni ad una stampante 3d, in modo che questa possa riprodurre fedelmente la struttura base dell’osso. Il fine ultimo è quello di ripristinare, grazie ad una serie di stimoli ingegnerizzati, una corretta dinamica di rimodellamento osseo e indurre nuovamente cellule invecchiate a comportarsi e comunicare tra loro come in un tessuto sano.

Il progetto è stato coordinato da Chiara Vitale Brovarone, attualmente professore associato in Scienza e Tecnologia dei Materiali al Politecnico di Torino, presso il dipartimento di Scienza Applicata e Tecnologia (DISAT). L’obiettivo e la speranza di questo studio interdisciplinare è quello portare allo sviluppo di nuovi trattamenti per gravi patologie ossee.

Come il progetto BIORECAR, di cui abbiamo precedentemente parlato, il progetto BOOST è finanziato dall’ERC (European Research Council).