Innesto cutaneo bioibrido: una finestra fluorescente per il monitoraggio della salute interna

Innesto cutaneo bioibrido: una finestra fluorescente per il monitoraggio della salute interna

I dispositivi sanitari indossabili come gli smartwatch sono ormai comuni e consentono il monitoraggio continuo dei segnali fisiologici sulla superficie della pelle. Recentemente, un gruppo di ricerca in Giappone ha sviluppato un approccio bioibrido che funziona all’interno del corpo, trasformando la pelle artificiale in un indicatore visibile degli stati biologici interni.

Un gruppo di ricerca congiunto guidato dalla Tokyo City University e dall'Università di Tokyo, in collaborazione con RIKEN e Canon Medical Systems Co., ne ha presentato unodisplay del sensore vivente: un innesto cutaneo artificiale che risponde a determinati biomarcatori, come: B. infiammazione, fluorescenza. Riportato inComunicazione della naturaIl sistema utilizza la rigenerazione naturale della pelle del corpo per supportare il monitoraggio a lungo termine dei biomarcatori, fornisce una visualizzazione visiva senza prelievo di sangue post-impianto e consente una valutazione intuitiva attraverso l'osservazione.

Altro che superficiale

Il monitoraggio dei biomarcatori interni – proteine ​​che indicano infiammazione, stress o malattia – si basa in genere su campioni di sangue o sensori collegati esternamente che funzionano solo per periodi di tempo limitati.

"Gli approcci convenzionali sono spesso invasivi o forniscono solo istantanee del tempo", ha affermato l'illustre professore Hiroyuki Fujita della Tokyo City University (professore emerito dell'Università di Tokyo). “Il nostro obiettivo era ricercare un sistema biologicamente integrato che consenta una percezione continua e un’interpretazione intuitiva anche a casa”.

Per raggiungere questo obiettivo, i ricercatori hanno utilizzato cellule staminali epidermiche, che nutrono e rinnovano naturalmente la pelle per tutta la sua vita. Ingegneria geneticamente queste cellule per rispondere ai segnali infiammatori – in particolare, l’attivazione del percorso NF-kB – il team ha creato un tessuto cutaneo che aumentava l’espressione della proteina fluorescente verde (EGFP) in risposta ai segnali infiammatori.

Se il sensore fa parte del corpo

Quando trapiantata nei topi, la pelle manipolata si innestava e si integrava funzionalmente nel tessuto ospite. Quando veniva indotta l’infiammazione, l’area trapiantata emetteva una fluorescenza verde e convertiva i segnali molecolari interni in un segnale ottico esterno.

Poiché il sensore è costituito da cellule staminali epidermiche viventi, il suo mantenimento avviene grazie al metabolismo cellulare naturale della pelle.

A differenza dei dispositivi tradizionali che richiedono fonti di alimentazione o sostituzione regolare, questo sistema è mantenuto biologicamente dall'organismo stesso. Nei nostri esperimenti, la funzionalità del sensore è stata mantenuta per oltre 200 giorni mentre le cellule staminali manipolate rigeneravano continuamente l’epidermide”.

Professor Shoji Takeuchi, Università di Tokyo

Verso il monitoraggio visibile dei biomarcatori a lungo termine

Questo studio dimostra una prova di concetto per il rilevamento a lungo termine e biologicamente integrato senza batterie, cavi o funzionamento attivo dell'utente. Sebbene questo lavoro si sia concentrato sulla segnalazione infiammatoria, la strategia sottostante è adattabile. Modificando i bersagli molecolari, si potrebbero sviluppare costrutti cutanei ingegnerizzati in modo simile che rispondono a diversi segnali fisiologici o metabolici.

I ricercatori sottolineano che questa tecnologia potrebbe avere applicazioni oltre l’assistenza sanitaria umana, inclusa la ricerca sugli animali e la medicina veterinaria, dove gli indicatori visivi dello stato di salute possono aiutare a individuare precocemente la malattia negli animali che non sono in grado di comunicare i sintomi.

Sebbene questo lavoro sia ancora in una fase preclinica iniziale, offre un approccio su base biologica per collegare i tessuti viventi con funzioni di rilevamento e offusca il confine tra sistemi biologici e dispositivi tecnici.

Fonti: