> FocusUnimore > numero 26 – giugno 2022


ASA Project – an ethical Alternative to Animal Experimentation: the CAM model -development of new protocols for the validation of biomaterials and drugs

Professor Carla Palumbo, Full Professor at the Department of Biomedical, Metabolic and Neural Science, is principal investigator and coordinator of the ASA project, Ethical Alternative to Animal Experimentation. It is a project based on the use of the CAM model (Chorio-Allantoic Membrane) of the chicken egg, which serves as a natural bioreactor and largely replaces the use of animal testing. The use is transversal to several themes: biocompatibility, cytotoxicity and mechanisms of action of bioactive molecules, as well as validation of materials for tissue engineering, an area particularly investigated in the project.

ASA è basato sull’utilizzo del modello CAM (Chorio-Allantoic Membrane) dell’uovo di pollo, che funge da bioreattore naturale e vicaria in larga parte l’utilizzo della sperimentazione animale (infatti non necessita dell’autorizzazione di comitati etici). 

“Il progetto –  dichiara la prof.ssa Carla Palumbo, Principal Investigator e coordinatrice di ASA – evidenziando il valore etico di una ricerca sostenibile – permette di ottemperare alla regola delle “3R” (Replacement, Refinement, Reduction) in base alle quali si intende sostituire, perfezionare e ridurre la sperimentazione animale, in termini di welfare animale e di ecosistema, superando le critiche di talune associazioni animaliste nei confronti della ricerca”.

Esso, nell’utilizzo, è trasversale a diverse tematiche: da prove di biocompatibilità, citotossicità e meccanismi di azione di molecole bioattive, alla validazione di materiali per l’ingegneria tessutale, ambito, quest’ultimo, particolarmente indagato nel progetto.

Dopo la preliminare standardizzazione morfologica e biomolecolare della membrana (per la definizione delle condizioni sperimentali di base) si è previsto di testare la risposta vascolare indotta a seguito dell’impianto su CAM di materiali/bioscaffold (fase in atto) e dell’inoculazione di sostanze/farmaci antivirali/tumorali (fase da sviluppare). 

Per esemplificare l’utilizzo di CAM (modello già sfruttato in passato, soprattutto nell’ambito della ricerca oncologica) si possono riassumere le fasi preliminari di allestimento: uova di pollo gallate ad un determinato stadio di sviluppo (definito da studi in letteratura) sono poste in incubatore, dopo aver creato un accesso trasparente e sigillato nel guscio per controllare in itinere lo sviluppo dei vasi. Allo stadio di sviluppo appropriato, si procede ad impiantare su CAM biomateriali con differente composizione e geometria, data dal processo di stampa in 3D del partner del progetto (Tecnopolo di Mirandola), esaminando quotidianamente la risposta vascolare di CAM. 

Si sottolinea che tali indagini sono volte ad identificare i bioscaffold più adatti al recupero di lesioni ossee di taglia critica (vale a dire che, date le loro dimensioni, non riparano spontaneamente). A questo proposito, si sottolinea l’interdisciplinarietà del progetto ASA, che si basa su competenze trasversali e complementari tra i settori BIO (PI – prof.ssa Palumbo) e ING (co-PI – ing. Ferrari) che, col supporto delle competenze insite nel tecnopolo mirandolese, sono accomunate dal target di sviluppare nuovi materiali per la medicina rigenerativa e per il settore biomedicale, per i quali il territorio modenese rappresenta un’eccellenza

In merito alla rigenerazione ossea, è bene ricordare che per avviare l’osteogenesi è imprescindibile sviluppare preliminarmente un’adeguata vascolarizzazione e il progetto ASA si presta ottimamente a verificare la risposta vascolare di CAM a seguito dell’impianto di biomateriali differenti, per selezionare quelli più idonei ai fini rigenerativi. Tale verifica implica valutazioni isto-morfometriche, tecniche istochimiche e immunocitochimiche, analisi proteomiche, studio del signalling cellulare e verifica dell’up/down regolazione delle interazioni cellulari

Nella parte di progetto che attualmente si sta svolgendo è incluso l’utilizzo di materiali di cui Unimore ha depositato domanda di brevetto (https://qui.unimore.it/hkf), dapprima in Italia (novembre 2020) e poi all’estero (novembre 2021), ossia gli Ossicini Sclerali (OS): si tratta di piccole placchette ossee estratte dal confine sclero-corneale del bulbo oculare di invertebrati inferiori con occhi sporgenti (quali pesci, anfibi, rettili, uccelli), il cui scopo, a fine sviluppo, è unicamente quello di proteggere l’occhio dalle deformazioni durante il volo o il nuoto. Per tale motivo, e per non sottostare al normale rimaneggiamento osseo, una volta raggiunta la taglia definitiva, tutti gli osteociti degli OS vanno massivamente in apoptosi (Palumbo et al., 2012 – link). Ciò rende gli OS materiali naturalmente decellularizzati, ed è stato dimostrato che essi non inducono reazione immune avversa (se trapiantati in animali non immunodepressi) e promuovono sia angiogenesi che osteogenesi (Checchi et al., 2020 – link). Pertanto, si era previsto inizialmente di ospitarli in apposite fessure all’interno di scaffold 3D, da inserire in lesioni ossee critiche, per scatenare nell’ospite una reazione angiogenica ed osteogenica. In seguito, si è osservato che derivati del brevetto-OS possono essere più efficaci allo scopo ed è stato depositato un marchio d’impresa, Pal-OS (gennaio 2022): ad esempio, è possibile stampare in 3D biomateriali gelatinosi, come gli hydrogel, che includono polvere di OS (Pal-OS powder). In tal modo, si ottimizza l’influsso angio/osteo-induttivo degli OS sull’osso ospite. È proprio questo lo stadio di sperimentazione in cui l’attuale progetto ASA si trova.

“L’utilizzo del modello CAM – dichiara la Prof.ssa Palumbo -, congiuntamente al deposito di brevettazione degli Ossicini (OS) e al marchio d’impresa Pal-OS, evidenziano come dalla ricerca di base possano emergere idee a significato traslazionale, che, se opportunamente finanziate e sviluppate, possono portare a ricadute sul territorio. Per questo motivo sono grata alla FOMO che ha finanziato, fra gli altri, il progetto ASA”.

Una volta verificato l’effetto dell’impianto di bioscaffold-3D (contenenti Pal-OS powder) su CAM, soprattutto in termini di risposta vascolare, si procederà con l’utilizzo di CAM per verificare l’effetto di sostanze/farmaci antivirali/tumorali.

Un’alternativa etica alla sperimentazione animale: nuovi protocolli per la validazione di biomateriali e farmaci