La placenta su chip

GRAVIDANZA E DINTORNI – Una decina di anni fa, Peter Ertl era appena arrivato all’Austrian Institute of Technology di Vienna, per occuparsi di biosensori e di modellizzazione di organi e tessuti. Sua moglie all’epoca era incinta – il loro primo figlio! – ma c’era un problema, che ha finito con il condizionare l’attività del ricercatore. La donna, infatti, soffre di asma, una malattia cronica che richiede l’assunzione costante di farmaci. Nel secondo trimestre di gravidanza, la sua capacità polmonare si era notevolmente ridotta e i medici le avevano suggerito di aumentare la dose di medicine. Inevitabile, per la coppia, preoccuparsi di possibili conseguenze negative che i farmaci avrebbero potuto avere sul loro bimbo. È così che Ertl ha cominciato a interessarsi di placenta, l’organo chiave della gravidanza, quello che garantisce al feto una fornitura costante di ossigeno e sostanze nutritive, allontana le sostanze di scarto e produce ormoni per il mantenimento delle gravidanza stessa. “Volevo capire meglio il ruolo della placenta nella protezione contro sostanze potenzialmente pericolose per il feto” afferma il ricercatore.

Che, da allora, lavora allo sviluppo di una placenta su chip, un minuscolo dispositivo (la dimensione è quella di un francobollo) fatto di vetro, membrane sintetiche e cellule umane, in grado di mimare il funzionamento dell’organo. E, in particolare, di quello che succede nel punto di separazione tra la circolazione materna e quella fetale: la barriera placentare. Perché è proprio qui che si giocano gli scambi di sostanze tra mamma e bambino, con il possibile passaggio di molecole o organismi (inquinanti, farmaci, virus, batteri) che sarebbe meglio stessero alla larga dal feto. E perché, secondo Ertl, solo capendo meglio che cosa succede a questo livello, si potrà arrivare a nuove soluzioni terapeutiche per i disturbi più gravi della gravidanza, come la preeclampsia. Ne abbiamo parlato con il ricercatore .

Da un’esperienza personale a una linea di lavoro: quanto è stato facile il passaggio?
Lo confesso: senza le difficoltà di quella gravidanza non avrei mai avuto la costanza e la determinazione per avviare un progetto di ricerca internazionale e multidisciplinare sulla placenta. Però c’è stato qualcosa in più, oltre al movente personale e a una prima, acerba, curiosità scientifica: c’è stato il rendermi conto di quanto poco ancora si sappia di questo organo. Del resto, studiare la fisiologia della placenta non è semplice, sia perché struttura e funzione non sono fisse, ma cambiano nel corso della gravidanza, sia perché è molto difficile osservarla in funzione. Lo si può fare solo con strumenti indiretti, come l’ecografia, mentre i modelli animali servono a poco, perché spesso l’anatomia della placenta è molto differente da specie a specie. In questo senso, una placenta su chip potrebbe essere molto utile: è quanto sta già accadendo per altri organi (cuori, fegati, reni o polmoni), i cui modelli su chip sono utilizzati per studi fisiologici e tossicologici.

Di preciso, che cosa non sappiamo ancora sulla placenta?
Moltissime cose! Per esempio, sebbene molti farmaci siano controindicati per le donne incinte, la realtà è che non sempre c’è una reale giustificazione scientifica alla base di questo divieto. Non sappiamo esattamente come si comporti ogni singola molecola all’interfaccia tra mamma e feto. Per questo servirebbe capire meglio come funziona la barriera placentare. E, ancora, non sappiamo esattamente in che modo la presenza di molecole dell’infiammazione o l’alterazione dei livelli di pressione o di ossigenazione possono influenzare l’attività della barriera placentare in termini di capacità di trasferimento di sostanze nutritive e di ormoni.

Com’è fatto il chip al quale state lavorando?
Il cuore è costituito da un sistema di microcanalini che rappresentano la circolazione sanguigna materna e fetale. Questi canalini sono separati da membrane sulle quali vengono fatte crescere cellule umane derivate da placente umane. In particolare, in collaborazione con la Medical University di Graz, stiamo cercando di sviluppare due modelli distinti a partire da linee cellulari differenti: uno per il primo trimestre di gravidanza e uno per il terzo trimestre. Inoltre, ci sono microsensori per tenere sotto controllo i livelli di ossigeno sul lato materno della placenta, l’integrità della barriera stessa, il tasso di trasferimento di glucosio al feto e il rilascio di ormoni nella circolazione materna. Naturalmente, per arrivare a un dispositivo di questo tipo è stato necessario mettere insieme moltissime competenze: biologia, anatomia, embriologia, microfluidica, ingegneria, sensoristica.

Che cosa vi aspettate esattamente da questo progetto?
Abbiamo vari obiettivi. Per prima cosa, descrivere in dettaglio il trasferimento di sostanze attraverso la barriera placentare in condizioni fisiologiche. In seconda battuta, capire meglio le relazioni tra struttura e funzioni della placenta durante il suo sviluppo nei nove mesi di gravidanza. Infine, in collaborazione con il Laboratorio federale svizzero per la scienza dei materiali e la Boku University di Vienna stiamo cercando di capire in che modo le caratteristiche chimico-fisiche della placenta (pressione, ossigeno ecc.) regolino l’assorbimento di nanomateriali. L’obiettivo è sviluppare un nanovettore (un piccolo taxi molecolare di dimensioni nanometriche) in grado di trasportare farmaci in modo specifico al feto.

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