Gli scaffold di ingegneria tissutale sono strutture fatte di sostanze artificiali o naturali che agiscono come una forma su cui le cellule possono crescere. Lo scaffold può essere inerte e non interagire con le cellule che crescono su di esso, oppure può aiutare attivamente le cellule a crescere rilasciando segnali chimici. Tali impalcature sono utili per aiutare a ricostruire o sostituire il tessuto umano perso.
La base dell’ingegneria dei tessuti è la creazione in laboratorio di nuove cellule e strutture biologiche per sostituire tessuti e organi persi o malfunzionanti. Per fare ciò, gli ingegneri dei tessuti hanno bisogno di una forma – o impalcatura – su cui far crescere le cellule, perché le cellule cresciute in laboratorio non formano forme da sole; invece, si diffondono in una forma bidimensionale. Gli scaffold sono progettati per incoraggiare le cellule ad attaccarsi e crescere in una forma specifica predeterminata.
I ponteggi possono essere realizzati con una varietà di sostanze. Questi includono plastica, proteine della seta, ceramiche di fosfato di calcio e persino polimeri naturali come il collagene. Nel 2010, un ospedale di ricerca spagnolo stava sperimentando su cuori umani prelevati da donatori e privati di tutte le cellule, lasciando dietro di sé la struttura del collagene. L’obiettivo era prelevare cellule da un paziente che necessitava di un trapianto di cuore e consentire alle cellule di crescere sulla struttura del collagene, creando un nuovo cuore che il sistema immunitario non attacca come estraneo.
Un’impalcatura per l’ingegneria dei tessuti deve essere porosa. I pori consentono alle cellule di interconnettersi e aderire l’una all’altra. Idealmente, lo scaffold dovrebbe anche rilasciare sostanze chimiche che aiutano a promuovere la migrazione cellulare, l’adesione cellulare e la differenziazione in cellule specializzate. Un altro vantaggio di alcuni scaffold di ingegneria tissutale è che sono biodegradabili, quindi si rompono una volta che le cellule si sono formate nella forma desiderata.
Un grosso problema con alcuni scaffold di ingegneria tissutale è che le cellule hanno bisogno di ossigeno e sostanze nutritive per crescere. Le cellule possono migrare nei pori dell’impalcatura in una certa misura. Una volta che le cellule iniziano ad entrare troppo in profondità nei pori, tuttavia, non ricevono abbastanza nutrienti o ossigeno, perché gli strati superiori delle cellule bloccano il movimento dei nutrienti e dell’ossigeno negli strati inferiori. Un’innovazione, chiamata impalcatura solida a forma libera (SFF), aggira questo problema, perché è progettata con vasi sanguigni artificiali che trasportano questi nutrienti intorno alla struttura e rimuovono i prodotti di scarto. Nel 2011 sono stati sperimentati scaffold di ingegneria dei tessuti SFF per perfezionare il sistema di vasi sanguigni artificiali in modo da poter produrre organi complessi di grandi dimensioni.
Gli scienziati hanno già creato la pelle seminando le cellule della pelle dei pazienti su una struttura di collagene. La pelle è una struttura bidimensionale, quindi il problema della diffusione dell’ossigeno e dei nutrienti non ha frenato lo sviluppo. Questa pelle è utilizzata nel trattamento che coinvolge gli innesti cutanei.