La malformazione, il danno e il fallimento degli organi sono le cause più comuni di morbilità e mortalità umana. Si stima che ogni anno più di 35.000 bambini nasceranno con malformazioni degli organi, 100.000 persone avranno i loro arti amputati, 5.000 persone in attesa di organi moriranno senza ricevere un trapianto, e 1 milione di persone moriranno per malattie degli organi. L’obiettivo del Regenerative Biology and Tissue Engineering Theme (RBTE) è quello di sviluppare la base di conoscenze e le tecnologie necessarie per sostituire o rigenerare i tessuti e gli organi umani e quindi risolvere questi gravi problemi di salute e contribuire a migliorare la qualità della vita e il benessere.
Per raggiungere questo obiettivo, gli scienziati RBTE stanno perseguendo tre percorsi di ricerca correlati. In primo luogo, gli scienziati di RBTE stanno usando cellule staminali e approcci allo sviluppo per studiare come si formano e rigenerano gli organi. In secondo luogo, gli scienziati di RBTE stanno usando le conoscenze acquisite dagli studi sulle cellule staminali e sullo sviluppo per rigenerare tessuti e organi in una serie di organismi modello e non modello. In terzo luogo, gli scienziati di RBTE stanno traducendo la loro ricerca dagli organismi modello e non modello agli esseri umani. Queste tre vie di ricerca sono discusse più in dettaglio qui sotto. Con questo approccio sfaccettato, gli scienziati di RBTE stanno facendo passi da gigante verso lo sviluppo di tecnologie rigenerative che avranno un impatto positivo sulla vita di molte persone che soffrono di malformazioni, danni e guasti agli organi.
Biologia delle cellule staminali e dello sviluppo: La comprensione dei processi cellulari e di sviluppo alla base della crescita di organi e tessuti fornisce una base critica e necessaria per la rigenerazione di organi e tessuti. La rigenerazione degli organi è un processo complesso che richiede la sostituzione simultanea di ossa, muscoli scheletrici e tendini, e la ricrescita di nervi, vasi sanguigni e pelle. Pertanto, prima che gli organi possano essere rigenerati, la base dello sviluppo di tutti questi eventi deve essere compresa. Per perseguire questo obiettivo, gli scienziati di RBTE stanno utilizzando una diversità di approcci di ricerca che rientrano in due grandi categorie: la ricerca sulle cellule staminali e la biologia dello sviluppo. Per quanto riguarda la ricerca sulle cellule staminali, gli scienziati di RBTE stanno studiando la determinazione del destino cellulare. In questa ricerca, gli scienziati di RBTE stanno studiando i segnali che trasformano una cellula indifferenziata in una cellula specifica del tessuto o dell’organo. Per quanto riguarda la biologia dello sviluppo, gli scienziati di RBTE stanno studiando i processi cellulari e molecolari che sono alla base del normale sviluppo di organi e tessuti in organismi modello e non modello.
Rigenerazione in modelli animali: Gli scienziati di RBTE stanno applicando le conoscenze acquisite dalla ricerca nelle cellule staminali e nella biologia dello sviluppo per rigenerare tessuti e organi in molti animali modello e non modello. Gli animali studiati includono rane, topi, ratti, conigli, maiali e opossum. Questa ricerca costituisce una base essenziale per la rigenerazione di organi e tessuti negli esseri umani. In particolare, la ricerca nei modelli animali può fornire intuizioni significative sui processi cellulari e molecolari che sono alla base della rigenerazione di organi e tessuti. Gli scienziati di RBTE stanno adottando due approcci principali per rigenerare i tessuti nei modelli animali. Nel primo, gli scienziati di RBTE stanno confrontando i processi cellulari e molecolari che operano nei tessuti e negli organi che sono in grado di rigenerarsi con quelli che operano nei tessuti e negli organi che non lo sono. In questo modo, gli scienziati di RBTE sono in grado di identificare i processi specifici che sono alla base della rigenerazione di organi e tessuti. Nel secondo approccio, gli scienziati di RBTE stanno applicando i principi della bioingegneria e della scienza dei materiali alla rigenerazione di organi e tessuti. In questo approccio innovativo, gli scienziati di RBTE stanno usando impalcature ingegnerizzate, tessuti, molecole bioattive e cellule per migliorare la rigenerazione di organi e tessuti con grande successo.
Ricerca traslazionale sulla rigenerazione umana: L’obiettivo finale della biologia rigenerativa è quello di rigenerare con successo tessuti e organi negli esseri umani. Per raggiungere questo obiettivo, gli scienziati di RBTE hanno stabilito collaborazioni di ricerca attive con medici di diverse istituzioni, tra cui la Mayo Clinic, l’Università dell’Illinois a Chicago, la Northwestern University e il Carle Hospital. Attraverso queste collaborazioni, gli scienziati di RBTE stanno traducendo le conoscenze acquisite dalle cellule staminali, dallo sviluppo e dalla ricerca rigenerativa in animali modello e non modello alla rigenerazione di organi e tessuti negli esseri umani. Questi sforzi traslazionali coinvolgono l’uso di impalcature biodegradabili in combinazione con fattori di crescita e cellule staminali adulte come trattamenti per grandi traumi o malattie delle ossa e/o della cartilagine. Le aree di interesse includono la rigenerazione dell’osso nel cranio, nella spina dorsale, nelle ossa lunghe e nelle dita, e della cartilagine nel viso, nella trachea e nelle articolazioni. La metodologia impiegata potrebbe ridurre o addirittura eliminare la necessità di procedure di prelievo e innesto osseo, diminuendo il numero di interventi chirurgici dei pazienti.