Meno rifiuti di plastica nella biomedicina
Uno studente di dottorato riceve una borsa di studio per sviluppare metodi più sostenibili per la coltivazione di cellule staminali
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La ricerca è essenziale per il progresso della medicina, ma purtroppo genera anche molti rifiuti. Ogni anno, i laboratori di tutto il mondo producono circa 5,5 milioni di tonnellate di rifiuti di plastica. Si tratta del 2% della quantità globale di rifiuti di plastica, anche se i ricercatori rappresentano meno dello 0,2% della popolazione mondiale. Carlos Hernandez Bautista, dottorando del programma di dottorato in Scienze rigenerative della Hannover Medical School (MHH), vuole cambiare questa situazione. In qualità di membro del gruppo di lavoro guidato dal dottor Robert Zweigerdt presso il Leibniz Research Laboratories for Biotechnology and Artificial Organs (LEBAO) della Clinica di Chirurgia Cardiaca, Toracica, dei Trapianti e Vascolare, vuole sviluppare nuovi ed efficienti bioprocessi per la produzione di massa di cellule staminali pluripotenti umane (hPSC) in bioreattori riutilizzabili a vasca agitata in vetro. Le hPSC sono cellule corporee che sono state riprogrammate al loro stato originale e possono ora svilupparsi in quasi tutti i tipi di cellule. Nel suo progetto "Sviluppo di biomedicina sostenibile per la rigenerazione del cuore", le hPSC servono come materiale di partenza per la produzione di prodotti per la terapia cellulare, come le cellule del muscolo cardiaco per il trattamento dell'insufficienza cardiaca. La Fondazione Joachim Herz ha selezionato il giovane scienziato e il suo progetto "Development of sustainable biomedicine for heart regeneration" per la "Add-on Fellowship for Interdisciplinary Life Science" e lo sostiene con una sovvenzione di 15.000 euro.
Bioreattori in vetro
I laboratori di coltura cellulare sono tra i maggiori responsabili dei rifiuti di plastica nella ricerca, soprattutto quelli che utilizzano metodi convenzionali, i cosiddetti 2D. Questa tecnologia, utilizzata da decenni nelle scienze biologiche, si riferisce alla crescita bidimensionale delle cellule, ad esempio in piatti di coltura o sulla superficie di bottiglie di plastica. Carlos Hernandez Bautista si sta impegnando per ottenere flussi di lavoro 3D a basso contenuto di plastica che soddisfino le elevate esigenze della ricerca d'avanguardia senza danneggiare l'ambiente. Voglio utilizzare bioreattori di vetro riutilizzabili e introdurre le hPSC prodotte e crioconservate nel nostro laboratorio direttamente nel terreno di coltura liquido. Questo sostituirà completamente le grandi quantità di bottiglie di plastica per colture cellulari necessarie per i metodi 2D", spiega il dottorando. Una delle sfide più importanti è evitare che le cellule vengano danneggiate o muoiano dopo lo scongelamento quando vengono trasferite direttamente nei flussi di lavoro 3D. Il biologo intende risolvere questo problema aggiungendo alla soluzione nutritiva vari additivi che favoriscono la sopravvivenza. Il processo sarà utilizzato sia per la coltivazione di massa delle cellule staminali sia per il loro ulteriore sviluppo in diversi tipi di cellule. Nel suo progetto, le hPSC vengono convertite in cellule del muscolo cardiaco. Questi cardiomiociti prodotti biotecnologicamente sono necessari in biomedicina per sviluppare nuove terapie cellulari per il trattamento dell'insufficienza cardiaca.
Minor consumo di terreni di coltura
Sebbene le hPSC abbiano un immenso potenziale per la medicina rigenerativa, i sistemi di coltura 2D consolidati per la produzione di massa di queste cellule sono ad alta intensità di plastica, antieconomici e scarsamente scalabili, il che significa che non possono essere trasferiti efficacemente dalla piccola scala di laboratorio ai volumi di produzione industriale senza compromettere la qualità o la resa. Questo approccio insostenibile contraddice l'urgente necessità di metodi di laboratorio più rispettosi dell'ambiente", sottolinea il dottor Zweigerdt. Ciò include non solo l'uso della plastica, ma anche la necessità di terreni di coltura. Per risolvere questo problema, abbiamo sviluppato una strategia innovativa per la coltura in sospensione 3D che non solo ci permette di decuplicare la resa delle hPSC, ma riduce anche la necessità di terreni di coltura del 75%", afferma il leader del gruppo di ricerca.
Anche il sistema sanitario ne beneficia
Il progetto è altamente interdisciplinare e integra aree come la biologia delle cellule staminali, la rigenerazione cardiaca, la biotecnologia, la medicina rigenerativa, la bioinformatica e le scienze ambientali per far progredire l'applicazione clinica delle hPSC e dei prodotti cellulari da esse derivati. La borsa di ricerca mi offre l'opportunità di lavorare con esperti di tutto il mondo per sviluppare un processo di produzione di terapie cellulari rigenerative che soddisfi elevati standard scientifici", spiega Hernandez Bautista. Inoltre, i ricercatori del LEBAO vogliono utilizzare metodi di laboratorio più rispettosi dell'ambiente. L'obiettivo a lungo termine è ottenere la certificazione dell'organizzazione no-profit statunitense "My Green Lab", che sostiene le pratiche sostenibili nei laboratori di ricerca. Tuttavia, non è solo l'ambiente a beneficiare dei nuovi metodi di produzione. Lo sviluppo di flussi di lavoro efficienti e puramente 3D è destinato a rendere i nuovi approcci medici accessibili ai pazienti e al sistema sanitario.
Borsa di studio aggiuntiva
La Fondazione Joachim Herz sostiene ogni anno fino a 80 ricercatori nei settori dell'ingegneria, dell'economia e delle scienze della vita con risorse finanziarie e non. Il dottorando Carlos Hernandez Bautista è stato selezionato tra più di 500 candidati per la prestigiosa Add-on Fellowship for Interdisciplinary Life Science. La borsa di studio gli consente di approfondire le sue conoscenze nel campo della sostenibilità e di applicare in laboratorio metodi più rispettosi dell'ambiente. Il finanziamento è rivolto a ricercatori eccellenti nelle prime fasi della loro carriera che lavorano su temi di ricerca interdisciplinari di rilevanza sociale nel campo delle "Risorse del futuro". La borsa di ricerca prevede un sostegno individuale e l'opportunità di lavorare in rete con altri borsisti per un periodo di due anni e tre mesi.
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