Un gemello biodigitale per una ricerca sulla gravidanza più sicura
In tutta Europa, la stragrande maggioranza delle morti neonatali e fetali si verifica nei bambini nati prematuri. Nonostante i progressi della medicina, il numero di nascite pretermine aumenta con l’innalzamento dell’età materna e con l’aumento dei rischi ambientali(si apre in una nuova finestra). Capire come le sostanze chimiche e i farmaci influiscono sul feto in via di sviluppo rimane una sfida cruciale, poiché le prime fasi della gravidanza non possono essere studiate direttamente negli esseri umani. Sebbene la placenta umana sia ben studiata, la modellizzazione del suo comportamento di trasporto in condizioni controllate di laboratorio rimane una sfida. I modelli animali replicano male la biologia della placenta umana e non possono prevedere fedelmente gli esiti negativi della gravidanza causati dall’esposizione a sostanze chimiche e farmaci nocivi.
Colmare una lacuna nella ricerca sulla sicurezza in gravidanza
Il progetto LIFESAVER(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE, si è proposto di colmare questa lacuna di prove sviluppando un gemello biodigitale che ricrea l’ambiente placentare e le interazioni materno-fetali in laboratorio. La piattaforma combina modelli avanzati in vitro con la simulazione computazionale per studiare come le sostanze attraversano la barriera placentare e potenzialmente influenzano lo sviluppo fetale. «La ricerca sulla sicurezza in gravidanza si trova di fronte a un dilemma unico. Non possiamo effettuare test diretti nelle prime fasi della gravidanza, e i modelli animali non riflettono la funzione placentare umana. Questo lascia un grave vuoto di prove», spiega Michael Gasik, responsabile scientifico del consorzio LIFESAVER. L’obiettivo del progetto è salvaguardare le donne incinte e i feti generando le prove scientifiche necessarie per una migliore regolamentazione delle sostanze chimiche e farmaceutiche. A lungo termine, ciò potrebbe favorire gravidanze più sane e ridurre i rischi associati alla nascita prematura, che è legata a patologie che durano tutta la vita, come infezioni, diabete, paralisi cerebrale e deficit cognitivi.
Un gemello biodigitale della placenta
LIFESAVER ha sviluppato un sistema ibrido che integra la sperimentazione in laboratorio con la modellizzazione digitale. Il team ha impiegato la biostampa 3D e l’ingegneria tessutale per costruire modelli funzionali di tessuto placentare che emulano il comportamento biologico dell’interfaccia materno-fetale. Il sistema in vitro si basa su una piattaforma microfluidica a doppio circuito(si apre in una nuova finestra) che simula la circolazione materna e fetale separata da uno strato barriera. Questa configurazione consente un controllo preciso delle condizioni di flusso, l’introduzione automatica dei composti chimici e il campionamento temporizzato delle sostanze trasportate. Permette inoltre di studiare la cinetica di trasporto come un processo dipendente dal tempo. I dati registrati vengono poi collegati a simulazioni computazionali che modellano i processi di trasporto attraverso la barriera placentare. «Un gemello biodigitale ci permette di ricreare la circolazione materna e fetale in condizioni controllate e di combinare i dati sperimentali con la modellizzazione digitale. Questa integrazione è ciò che rende potente l’approccio», sottolinea Gasik.
Verso prodotti chimici e farmaci più sicuri
La convalida in laboratorio ha confermato la stabilità del funzionamento della piattaforma a doppio circuito e la riproducibilità della gestione dei composti in esame. Gli esperimenti di trasporto di prova di concetto hanno dimostrato un comportamento coerente con la permeabilità prevista attraverso la barriera di membrana. «Il risultato principale è che possiamo quantificare il trasporto in condizioni di flusso controllate e riproducibili. Questo è essenziale per modellizzare in modo realistico l’esposizione materno-fetale», sottolinea Gasik. Inoltre, i ricercatori hanno preparato raccomandazioni politiche e si sono impegnati con le parti interessate per esaminare come tali piattaforme potrebbero supportare nuovi approcci alla valutazione della sicurezza chimica e farmaceutica. Potrebbero contribuire a ridurre la dipendenza dalla sperimentazione animale e a fornire prove più pertinenti all’uomo per la ricerca sulla sicurezza in gravidanza. Potrebbero inoltre sostenere i futuri sforzi politici europei volti a proteggere la salute materna e fetale.