Sviluppato un innovativo idrogel bioattivo iniettabile utilizzando vescicole extracellulari (EVs) derivate dallo yogurt, aprendo nuove prospettive per la medicina rigenerativa naturale
Idrogel iniettabili bioattivi a base di yogurt: La nuova frontiera della medicina rigenerativa.
Un team di ricercatori della Columbia Engineering (1) ha sviluppato un innovativo modello per la progettazione di idrogel bioattivi iniettabili, formulati con vescicole extracellulari (EVs), per applicazioni avanzate nella bioingegneria dei tessuti e nella medicina rigenerativa.
Lo studio, pubblicato sulla rivista Matter (2), è guidato dal dottor Santiago Correa (3), professore associato di ingegneria biomedica, e presenta una piattaforma di idrogel iniettabile che sfrutta EVs derivate dal latte, in particolare EVs ottenute dallo yogurt, per superare ostacoli storici nello sviluppo di biomateriali terapeutici.
Le vescicole extracellulari sono particelle biologiche secrete naturalmente dalle cellule, contenenti proteine, RNA e segnali molecolari fondamentali per la comunicazione cellulare. A differenza dei materiali sintetici, le EVs permettono una interazione biologica avanzata con i tessuti viventi.
Nel loro approccio innovativo, Correa e il suo team hanno progettato un sistema in cui le EVs svolgono una doppia funzione: agiscono sia come carico bioattivo, sia come elementi strutturali, legando polimeri biocompatibili per formare un materiale iniettabile. Utilizzando EVs di yogurt, i ricercatori hanno superato le limitazioni di resa che ostacolano la produzione di biomateriali basati su EVs.
Il risultato è un idrogel bioattivo capace di imitare le proprietà meccaniche dei tessuti viventi, stimolare la rigenerazione cellulare e favorire la guarigione, senza l’aggiunta di sostanze chimiche esterne. Questa scoperta apre nuove prospettive per lo sviluppo di terapie rigenerative sicure, naturali ed efficaci.
«Questo progetto è nato da una domanda semplice: come costruire idrogel basati su vescicole extracellulari (EVs)? Le EVs dello yogurt ci hanno fornito uno strumento pratico, ma si sono rivelate molto più di un semplice modello», ha dichiarato il dottor Santiago Correa, responsabile dello studio condotto insieme al dottor Artemis Margaronis, borsista NSF nel laboratorio del professor Correa.
Durante la ricerca, il team ha scoperto che le EVs derivate dallo yogurt possiedono un potenziale rigenerativo intrinseco, aprendo la strada a nuovi materiali terapeutici accessibili per la medicina rigenerativa.
Il dottor Santiago Correa dirige il Nanoscale Immunoengineering Lab (4) presso la Columbia University, dove si occupa di drug delivery e ingegneria immunologica. È anche membro dell’Herbert Irving Comprehensive Cancer Center e ha collaborato al progetto con Kam Leong (5), docente della Columbia Engineering.
Lo studio ha beneficiato di una collaborazione internazionale con l’Università di Padova, coinvolgendo Elisa Cimetta (Dipartimento di Ingegneria Industriale) e la dottoranda Caterina Piunti. Grazie alla combinazione tra l’esperienza padovana nell’approvvigionamento agricolo di EVs e le competenze del laboratorio Correa in nanomateriali e idrogel polimerici, il team ha dimostrato l’efficacia delle partnership multidisciplinari globali nell’innovazione dei biomateriali.
Utilizzando vescicole extracellulari (EVs) derivate dallo yogurt, il team di ricerca ha definito un nuovo spazio di progettazione per idrogel iniettabili, in cui le EVs agiscono sia come elementi strutturali sia come componenti biologici attivi. L’approccio è stato ulteriormente validato con EVs provenienti da cellule di mammifero e batteri, dimostrando che la piattaforma è modulare e compatibile con fonti vescicolari diverse.
Questa tecnologia apre nuove prospettive per applicazioni avanzate nella guarigione delle ferite e nella medicina rigenerativa, settori in cui i trattamenti attuali spesso non riescono a garantire una riparazione tissutale duratura. Integrando direttamente le EVs nella struttura dell’idrogel, il materiale consente una somministrazione prolungata dei segnali bioattivi, favorendo la rigenerazione cellulare. Inoltre, essendo iniettabile, può essere applicato localmente nei tessuti danneggiati.
I primi esperimenti dimostrano che gli idrogel con EVs da yogurt sono biocompatibili e inducono una forte attività angiogenica entro una settimana in topi immunocompetenti, evidenziando che le EVs di origine agricola non solo supportano la ricerca fondamentale sui biomateriali, ma possiedono anche un potenziale terapeutico concreto come biotecnologia di nuova generazione.
Nei modelli murini, il materiale non ha mostrato reazioni avverse e ha invece stimolato la formazione di nuovi vasi sanguigni, un passaggio chiave per la rigenerazione efficace dei tessuti. Il team ha inoltre osservato che l’idrogel crea un ambiente immunitario unico, arricchito da cellule antinfiammatorie, che potrebbe contribuire ai processi di riparazione osservati. I ricercatori stanno ora esplorando come questa risposta immunitaria modulata possa guidare la rigenerazione tissutale.
«Poter progettare un materiale che replica l’ambiente naturale del corpo e accelera la guarigione apre un mondo di possibilità per la medicina rigenerativa», ha dichiarato il dottor Artemis Margaronis. «Momenti come questi mi ricordano perché il campo della ingegneria biomedica è sempre sul punto di scoprire qualcosa di rivoluzionario».
Riferimenti:
(2) Extracellular vesicles as dynamic crosslinkers for bioactive injectable hydrogels
(3) Santiago Correa
(4) Nanoscale Immunoengineering | Correa Lab
(5) Kam Leong
Descrizione foto: Un campione dal laboratorio. - Credit: Correa Lab.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Columbia Engineering Researchers Turn Dairy Byproduct Into Tissue Repair Gel