Archive for 8 Aprile 2016

Come ti curo i neuroni cerebrali con “ponti” di staminali

Un team di ricercatori da Rutgers e Stanford hanno creato un nuovo modo per iniettare le cellule nervose umane sane nel cervello. Potrebbero un giorno contribuire a trattare il morbo di Parkinson e altre patologie devastanti del cervello che colpiscono milioni di persone.

La tecnologia  in questione  comporta la conversione di cellule staminali – ha detto Prabhas V. Moghe, professore di ingegneria biomedica e chimica e Biochemical Engineering alla Rutgers University – derivate dal tessuto adulto in neuroni umani. Una serie di “ponteggi” 3-D o piccole isole di fibre.

Le impalcature,  che sono carichi di buona salute, sono benefiche per i neuroni e possono sostituire le cellule malate. Sono state iniettate sperimentalmente nel cervello di topo.

“Se si possono trapiantare le cellule, -ha detto Moghe, direttore di ricerca per la scuola di ingegneria / Health Sciences Partnerships_Rutgers- in modo che imitano come queste cellule sono già configurate nel cervello, allora si è più vicini all’ottenimento che il cervello possa comunicare con le cellule che si stanno trapiantando. In questo lavoro, abbiamo fatto fornito spunti per i neuroni di rete in rapida crescita verso un modello 3-D.”

Nello studio multidisciplinare, pubblicato online su Nature Communications , una dozzina di scienziati provenienti da diverse squadre Rutgers e Stanford  hanno discusso e stanno discutendo sui ponteggi 3-D e dei loro benefici potenzialmente diffusi.

I neuroni, o cellule nervose, sono fondamentali per la salute umana e il funzionamento del cervello.  I cervelli umani hanno circa 100 miliardi di neuroni, che servono come messaggeri che trasmettono segnali dal corpo al cervello e viceversa.

Moghe detto che un ponteggio 3-D, sviluppato dagli scienziati, è costituito da minuscole fibre polimeriche. Centinaia di neuroni  si allegano alle fibre e si diramano, inviando i loro segnali. Le impalcature in questione sono di circa 100 micrometri di larghezza – all’incirca la larghezza di un capello umano.

“Prendiamo parecchie di queste isole , -ha detto Moghe – e poi li iniettiamo nel cervello del topo. Questi neuroni che vengono trapiantati nel cervello in realtà sopravvissero abbastanza miracolosamente bene. In realtà, essi sopravvissero molto meglio rispetto al migliore standard delle ricerche operate in questo ambito “.

I risultati della tecnologia-ponteggio, aumentano di 100 volte la sopravvivenza cellulare rispetto ad altri metodi.

E possono  eventualmente aiutare le persone affette da morbo di Parkinson, sclerosi multipla, sclerosi laterale amiotrofica (SLA), o morbo di Lou Gehrig, malattia di Alzheimer, lesioni del midollo spinale e le lesioni cerebrali traumatiche e diversi altri traumi.

Queste malattie e condizioni spesso nascono dalla perdita di cellule cerebrali.  Il morbo di Parkinson, ad esempio, è causato dalla perdita di cellule cerebrali che producono dopamina, un neurotrasmettitore chiave. La perdita delle cellule del cervello , -secondo il National Institutes of Health- può portare al tremore nelle mani, braccia, gambe, alla mandibola e al viso; rigidità, o rigidità degli arti e del tronco; lentezza di movimento; e dell’equilibrio con  la coordinazione alterata.

Il passo successivo sarebbe quello di migliorare ulteriormente i biomateriali-ponteggio, permettendo agli scienziati di aumentare il numero di neuroni impiantati nel cervello. “Più neuroni possiamo trapiantare, – ha detto Moghe – più benefici terapeutici si possono apportare alla malattia. Vogliamo cercare di produrre molti neuroni,nel miglior modo possibile e nel minor spazio possibile.”

L’idea è quella di “creare una fitta circuiti di neuroni che non solo è altamente funzionante, ma anche meglio controllabile”, ha detto, aggiungendo che il test su topi con la malattia di Parkinson è in corso per vedere se migliorano o guariscono dalla malattia.

Alla fine, con continui progressi, i ricercatori potrebbero iniziare a svolgere studi nelle persone. Moghe ha stimato che ci vorranno da 10 a 20 anni per testare la tecnologia negli esseri umani.

Lo sviluppo della tecnologia e la riprogrammazione delle cellule staminali,- ha detto-, nelle impalcature è stato “un lavoro di squadra molto difficile”. “Ci sono voluti molti anni per arrivare a questo punto, quindi c’era da mettere in preventivo un sacco di sudore e di fatica.”

Il ponte creato dalle staminali sui neuroni cerebrali

Il ponte creato dalle staminali sui neuroni cerebrali

Come uccidere i batteri utilizzando la luce e nanodischi d’oro

I ricercatori hanno sviluppato una nuova tecnica per uccidere i batteri in pochi secondi utilizzando nano-dischi d’ oro molto porosi e leggeri. Il metodo potrebbe in futuro aiutare gli ospedali nel trattamento di alcune infezioni comuni senza l’uso di antibiotici, e potrebbe contribuire a ridurre il rischio di diffusione di resistenza agli antibiotici.

“Abbiamo dimostrato che tutti i batteri, -ha detto Wei-Chuan Shih, professore del dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica, Università di Houston – sono stati uccisi abbastanza rapidamente. Entro un tempo variabile da cinque a venticinque secondi. Questo è un processo molto veloce”. Gli scienziati hanno  creato nanoparticelle di oro in laboratorio sciogliendo oro, riducendo il metallo in pezzi sconnessi sempre più piccoli fino a quando la dimensione deve essere misurata in nanometri. Un nanometro equivale a un miliardesimo di metro. Un capello umano è tra 50.000 a 100.000 nanometri di diametro. Una volta miniaturizzate, le particelle possono essere realizzati in varie forme tra cui canne, triangoli o dischi. La ricerca dimostra che le nanoparticelle di oro assorbono la luce forte, convertendo i fotoni rapidamente in calore e raggiungendo temperature abbastanza calde da distruggere vari tipi di cellule vicine – tra cui le cellule del cancro e le cellule batteriche.                                                                                  Nel 2013, Shih e i suoi colleghi presso l’Università di Houston hanno creato un nuovo tipo di nanoparticelle discoidale oro che misurano qualche centinaio di nanometri di diametro. I dischi sono pieni di pori, -ha detto Shih- dotando le particelle del carattere spugnoso, artificio  che aiuta ed aumenta la loro efficienza di riscaldamento pur mantenendo la loro stabilità. I ricercatori hanno deciso di testare le proprietà antimicrobiche delle loro nuove nanoparticelle quando sono attivate dalla luce. Hanno fatto crescere i batteri in laboratorio tra cui E. coli e due tipi di batteri resistenti al calore che prosperano anche negli ambienti più brucianti perché ad elevata temperatura, come le sorgenti calde allo National Park di Yellowstone. Poi, hanno messo cellule dei batteri sulla superficie di un rivestimento monostrato dei piccoli dischi e brillavano su di essi con luce infrarossa proveniente  da un laser . In seguito, hanno usato i test di vitalità cellulare e le immagini SEM per vedere e stabilire qual era stata la percentuale di cellule sopravvissute alla procedura. Utilizzando una termocamera, i ricercatori hanno dimostrato che la temperatura superficiale delle particelle ha raggiunto temperature fino a  quasi istantaneamente. Quindi è avvenuta “l’erogazione di shock termici” nella matrice circostante. Come risultato, tutte le cellule batteriche sono stati uccise entro venticinque secondi.  E. coli si è dimostrato più vulnerabile al trattamento; tutte le sue cellule erano morte dopo solo cinque secondi di esposizione al laser. Per gli altri due tipi di batteri , -ha rimarcato Shih –  sono stati necessari ben venticinque secondi, ma questo è ancora un metodo molto più veloce rispetto ai metodi di sterilizzazione tradizionali come l’uso di acqua bollente o utilizzando forni a secco di calore, che possono richiedere da minuti a quasi un’ora per essere efficaci. Ed è “notevolmente inferiore” -scrivono i ricercatori- rispetto a quello che altri assemblamenti di nanoparticelle hanno dimostrato in studi recenti. Il tempo necessario per raggiungere simili livelli di morte cellulare in queste ricerche varia da uno a venti minuti. Negli studi di controllo, i ricercatori hanno scoperto che né i dischi d’oro, né luce del laser da soli hanno ucciso molte cellule. La tecnica , -ha detto Shih-,ha importanti potenziali applicazioni biomediche. Adesso, i ricercatori studiano, utilizzando le particelle come semplice rivestimento per cateteri ,come contribuire a ridurre il numero d’infezioni del tratto urinario negli ospedali.”Qualsiasi tipo di procedura di luce attivata – ha detto- sarebbe molto più facile da implementare al capezzale di un paziente, invece della rimozione e sostituzione potenzialmente del catetere ogni volta che ha bisogno di essere pulito.”

Un’altra potenziale applicazione che si esplora è quella dell’ integrando le nanoparticelle con membrane filtranti in filtri per l’acqua di piccole dimensioni, ha detto, per contribuire a migliorare la qualità dell’acqua.

Nanodischi microporosi d'oro combinati con luce ultravioletta

Nanodischi microporosi d’oro combinati con luce ultravioletta