IMPARARE DALLA NATURA PER PROGETTARE I MATERIALI PER LA MEDICINA

La biomimesi (letteralmente: imitare la vita, parola coniata nel 1997 dalla ricercatrice americana Janine Benyus) definisce la scienza che dallo studio dei modelli e delle strategie della natura, sviluppati e perfezionati nel corso di milioni di anni, trae fonte d’ispirazione nella ricerca di soluzioni ai problemi dell’uomo. La Natura ha generato e sviluppato materiali, strutture e meccanismi di estrema efficacia, molto spesso superiori ai corrispondenti manufatti umani. Essa costruisce, sviluppa e seleziona i suoi sistemi secondo la logica della richiesta funzionale, perché siano abili ad adattarsi e modificarsi nel tempo seguendo modifiche ambientali o di richiesta specifica.

Il primo esempio di biomimesi “cosciente”, può essere considerato il progetto della Torre Eiffel, leggera e nello stesso tempo resistente, progettata utilizzando come modello uno studio anatomico di Hermann von Meyer del femore umano. A partire poi dagli anni ’50 le innovazioni tecnologiche ispirate dalla natura sono moltissime, dal Velcro (superficie adesiva) disegnato seguendo un modello vegetale,  al profilo del treno superveloce giapponese, che copia il profilo del becco del martin pescatore risolvendo problemi di turbolenze, rumore, risparmio energetico, a vernici anti sporco e antibatteriche che sfruttano caratteristiche morfologiche della foglia di loto. Materiali naturali di origine marina e terrestre quali la chitina isolata dal carapace d’insetti e crostacei, l’alginato isolato dalle alghe e la seta prodotta da lepidotteri e ragni, sono studiati e utilizzati per creare matrici in grado di guidare la guarigione dei tessuti del corpo umano, o per produrre oggetti ad alta tecnologia come giubbetti antiproiettile o sensori.

Presso il Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e Tecnologie Industriali, la biomimesi è una strategia perseguita dal 1994, particolarmente per quanto riguarda l’utilizzo di polimeri di origine naturale per applicazioni nel settore della medicina rigenerativa. I polimeri di origine naturale, grazie alla loro natura chimica e capacita’ di auto-assemblarsi dipendentemente dall’ambiente, offrono peculiari caratteristiche di multifunzionalità, responsività, e capacità a volte di dialogare direttamente con le strutture cellulari.  Uno dei polimeri che ha suscitato notevole interesse e interessanti risultati nel settore, è una proteina isolata dal filo di seta prodotta dal baco, la fibroina.

La seta è prodotta dal baco e da altri insetti per difendere la delicata fase della metamorfosi dai raggi UV, da batteri, muffe, umidità, ecc.

Partendo da questa struttura naturale, abbiamo definito diversi protocolli di processo per produrre manufatti differenti dal filo naturale, quali ad esempio membrane, fibre, idrogeli, reti, creme e spugne, disegnati per ottenere sistemi in grado di dialogare con i processi naturali di guarigione dei tessuti danneggiati in conseguenza di traumi o patologie.  Attraverso metodiche di processo specifiche, possiamo modulare non soltanto le caratteristiche morfologiche macroscopiche (ottenendo ad esempio spugne a porosità controllata, tessuti-non tessuti con fibre di diametro di dimensione nano- o micro-metrico), ma anche la bioattività del sistema, cioè l’efficacia del suo dialogo con i differenti tessuti umani.

Materiali ottenuti a partire dalla fibroina della seta sono stati valutati sia in vitro sia in vivo su modello animale, per la rigenerazione della cartilagine, dell’osso, del legamento, del miocardio, dei vasi ematici.

La Natura si conferma una vera e propria miniera di progetti che aspettano solo di essere scoperti, copiati e sviluppati.