MTM n°9
MEDICAL TEAM MAGAZINE
Anno 3 - Numero 5 - set/ott 2004
Bioingegneria
 


Alessandra Malito
Alessandra Malito

Nicoletta Alborino
Nicoletta Alborino


Anno 3 - Numero 5
set/ott 2004


Il futuro si chiama bioingegneria
A colloquio con Luigi Marinelli, Professore di Ingegneria degli organi artificiali
di Alessandra Malito e Nicoletta AlborinoProf. Luigi Marinelli

Prof. Luigi Marinelli
Ordinario di «Reattori Chimici»
Università di Roma La Sapienza
Professore di «Ingegneria degli Organi Artificiali»
Università Campus Bio-Medico di Roma
www.unicampus.it
Sede Centrale: Via Emilio Longoni,83
Info@unicampus.it

 


La bioingegneria è un ponte fra biologia e tecnologia. L’uomo e lo studio dei meccanismi biologici, nel terzo millennio, sono il nuovo paradigma scientifico che subentra alla fisica del Xx secolo ed alla meccanica del Xix secolo. Questo aspetto interdisciplinare ed intersettoriale della bioingegneria produce dei limiti o degli ostacoli al suo sviluppo?

Occorre chiarire il significato che viene oggi attribuito al termine «Bioingegneria». Nel linguaggio corrente si confonde spesso la bioingegneria [o ingegneria biomedica] con le biotecnologie. Invece, esiste una differenza sostanziale fra i due settori scientifici. Mentre la biotecnologia riguarda le tecniche per la manipolazione del materiale biologico o per l’impiego di questo nella produzione di farmaci ed altri prodotti [biotecnologie industriali], l’ingegneria biomedica ha come obiettivo la soluzione di problemi della medicina [diagnosi, terapia e riabilitazione] con i metodi propri dell’ingegneria e fa uso della rappresentazione matematica dei fenomeni chimico-fisici [modellizzazione] per la descrizione quantitativa dei fenomeni biologici e per la realizzazione di dispositivi e procedure utili in campo medico.
Nella ricerca attuale c’è una tendenza diffusa alla fusione di queste due scienze: molte attività teoriche e sperimentali sono al confine fra i due settori e non è difficile prevedere che, quanto prima, non avrà più senso la distinzione posta sopra, come spesso è avvenuto in altri settori del sapere scientifico. Un reale contributo alla soluzione di vari problemi complessi della biomedicina non potrà avvenire senza l’apporto congiunto delle competenze tipiche dei due settori: biologia ed ingegneria. Questo mutamento, che avrà come utile risultato la cross-fertilization delle due discipline, richiede un graduale cambiamento dei paradigmi su cui sono basati, oggi, la biomedicina e l’ingegneria: troppo empirica e descrittiva la prima, eccessivamente legata alla relativa semplicità del mondo macroscopico la seconda. È ormai indispensabile partire dalla microscala del mondo molecolare e biologico per arrivare alla macroscala dei dispositivi ed apparecchiature biomediche.

A che punto è oggi l’Italia nella progettazione e realizzazione di nuovi materiali biocompatibili: dispositivi, apparecchiature e sistemi diagnostici e terapeutici?
Organi artificiali e protesi, sistemi di supporto funzionale ed ausili per disabili? Sistemi informativi sanitari e reti di telemedicina?

Contrariamente a quanto si potrebbe supporre, esistono in Italia vari centri di ricerca, universitari e privati, che operano all’avanguardia nei settori sopra indicati. Basta citare i gruppi del prof. P.Dario [Scuola Superiore S.Anna] e del prof. D. De Rossi a Pisa. Rispettivamente, per la robotica medica e l’ingegneria tissutale, il Politecnico di Milano con il suo Dipartimento di Bioingegneria, le Università di Genova e di Padova, la Nobil BioRicerche specializzata nello studio ed applicazione delle interazioni superficiali fra dispositivi impiantabili e tessuto ospite ecc.
Nel settore della biocompatibilità si sta passando decisamente dall’idea di materiale non tossico ed inerte nei confronti del sistema immunitario, a quello di materiale attivo, ovvero in grado di interagire favorevolmente con il biotessuto con cui è posto in contatto. Basti pensare ai moderni stent in grado di rilasciare farmaci per evitare il fenomeno della restenosi o, nell’ambito dell’ingegneria tissutale, agli “scaffolds di polimeri biodegradabil”i per la stimolazione topologica della popolazione cellulare. Molti rami dell’ingegneria italiana, storicamente nati per applicazioni diverse, stanno riconoscendo l’esigenza di mettere le proprie competenze a disposizione di queste problematiche: per esempio, ampi settori dell’ingegneria chimica, nata per applicazioni in campo petrolifero e petrolchimico, stanno orientando le proprie conoscenze di termodinamica, cinetica chimica e fenomeni di trasporto verso lo studio dei biomateriali e del comportamento di sistemi contenenti biomolecole. Vari convegni scientifici documentano questa tendenza.

Le promesse dell’ingegneria genetica e le speranze di una disponibilità illimitata di organi di ricambio si sta infrangendo sugli scogli della bioetica e sulla banale fattibilità. Anche la promettente ipotesi delle cellule staminali, apparentemente a portata di mano, si sta rapidamente allontanando. Parallelamente si stanno sviluppando le ipotesi che, evitando la clonazione e la modificazione genetica, si rivolgano gli studi più umilmente alla costruzione di organi artificiali.In che modo la bioingegneria ha contribuito a questo sviluppo?

Premesso che alcuni vincoli posti dalla bioetica non sono da considerare scogli, ma sapienti riferimenti sui quali riflettere con attenzione per collocare due attività eticamente rilevanti, quali la medicina e la tecnologia, realmente al servizio della persona umana nella sua integrità e sacralità, non considero irraggiungibile la rigenerazione di tessuti danneggiati. Siamo attualmente in una fase storica della medicina caratterizzata dalla «sostituzione» dei tessuti e degli organi, che segue quella iniziale di rimozione dell’organo malato. L’ingegneria tissutale sta aprendo possibilità impensate nella fabbricazione in laboratorio di vasi sanguigni, pelle, nervi ecc. Anche in quest’ambito molti problemi nascono dalla corretta scelta del materiale di supporto [scaffold] su cui le cellule da coltivare devono aderire, crescere e differenziarsi nonché dal tipo di bioreattore da utilizzare e delle condizioni operative da adottare per la crescita del tessuto.
Gli organi artificiali, ai quali attualmente la medicina sostitutiva si rivolge [ossigenatori, sistemi per la detossificazione del sangue ecc.], sono in grado di svolgere solo funzioni di supporto relativamente semplici. Nel caso di deficit più complessi è inevitabile cercare il supporto di una componente biologica da accoppiare alla parte puramente meccanica del dispositivo per realizzare un organo così detto «bio-artificiale». Un esempio concreto è rappresentato dal fegato bioartificiale, al quale si sta lavorando in vari centri di ricerca esteri ma anche italiani.
In attesa che sia possbile costruire neoorgani, questo è certamente l’ambito in cui la bioingegneria sta concentrando i suoi sforzi ed i risultati positivi certamente non tarderanno se bioingegneri, biologi e medici uniranno le proprie competenze in progetti di ampio respiro.