Recentemente la rivista scientifica Advanced Drug Delivery Reviews ha pubblicato una revisione firmata da ricercatori della University of Cincinnati e del MIT dedicata a una delle sfide più difficili della neurologia moderna: far arrivare i farmaci nel cervello superando la barriera emato-encefalica.
La barriera emato-encefalica — spesso abbreviata in BBB, dall’inglese Blood-Brain Barrier — è una struttura biologica altamente selettiva che separa il sangue dal tessuto cerebrale. La sua funzione è proteggere il cervello da tossine, agenti infettivi e sostanze potenzialmente dannose. Ma questa protezione rappresenta anche un enorme ostacolo terapeutico: secondo gli autori, oltre il 98% delle piccole molecole farmacologiche non riesce a raggiungere efficacemente il cervello.
Per decenni, la ricerca si è affidata soprattutto ai modelli animali — in particolare topo, ratto e primati — per studiare il passaggio dei farmaci attraverso questa barriera. Tuttavia, la review mette in evidenza un problema ormai sempre più riconosciuto: i risultati ottenuti negli animali spesso non sono trasferibili all’uomo. Differenze tra specie nella struttura della barriera, nell’attività dei trasportatori cellulari e nel metabolismo dei farmaci possono alterare profondamente la risposta biologica.
Questo limite contribuisce all’elevato numero di fallimenti clinici nello sviluppo di terapie per Alzheimer, tumori cerebrali, Parkinson e altre malattie neurologiche.
Anche i tradizionali sistemi cellulari utilizzati in laboratorio mostrano limiti significativi. I modelli più diffusi, come i sistemi Transwell, coltivano cellule della barriera su membrane artificiali statiche, prive di flusso sanguigno e incapaci di riprodurre la complessa organizzazione tridimensionale dei vasi cerebrali.
Per superare questi problemi stanno emergendo le cosiddette piattaforme “BBB-on-chip”, cioè modelli microfluidici della barriera emato-encefalica. Si tratta di dispositivi miniaturizzati nei quali cellule umane vengono coltivate all’interno di sottili canali attraversati da fluidi che simulano il flusso sanguigno. In queste piattaforme è possibile riprodurre non solo il movimento dei fluidi, ma anche l’interazione tra diversi tipi cellulari del sistema nervoso, come cellule endoteliali, astrociti, periciti, neuroni e microglia.
In pratica, i ricercatori cercano di ricostruire in laboratorio una versione semplificata ma fisiologicamente realistica della barriera cerebrale umana.
Uno degli aspetti più innovativi descritti nell’articolo riguarda l’impiego di cellule staminali pluripotenti indotte, note come iPSC. Sono cellule adulte riprogrammate geneticamente per acquisire caratteristiche simili a quelle embrionali, e successivamente differenziate in cellule cerebrali o vascolari. Questo approccio permette di creare modelli derivati direttamente da pazienti con specifiche patologie neurologiche, aprendo la strada a studi personalizzati e a una medicina sempre più mirata.
Secondo gli autori, questi sistemi riescono a riprodurre funzioni biologiche che spesso i modelli animali o statici non rappresentano in modo accurato. In particolare, alcune piattaforme sono state capaci di simulare l’attività della P-glicoproteina (P-gp), un trasportatore cellulare che espelle molte sostanze dal cervello e che costituisce uno dei principali ostacoli alla terapia farmacologica del sistema nervoso centrale.
La review analizza anche le prospettive per i farmaci biologici e le nanoparticelle. Molti gruppi di ricerca stanno studiando strategie per sfruttare la cosiddetta transcitosi mediata da recettore: un meccanismo naturale attraverso cui alcune molecole riescono ad attraversare la barriera legandosi a specifici recettori presenti sulle cellule vascolari cerebrali. I modelli BBB-on-chip consentono di osservare questi processi con un livello di dettaglio difficilmente ottenibile negli animali.
Un altro punto centrale della revisione riguarda la possibilità di riprodurre condizioni patologiche reali. Le malattie neurodegenerative e i tumori cerebrali modificano profondamente la barriera emato-encefalica: aumentano la permeabilità, alterano i trasportatori cellulari e innescano processi infiammatori. I nuovi modelli microfluidici permettono di simulare queste alterazioni e di studiare il comportamento dei farmaci in contesti molto più vicini alla malattia umana.
Gli autori evidenziano come i modelli umani avanzati possano spostare il focus della ricerca sulla biologia umana e soprattutto migliorare la capacità predittiva della ricerca preclinica, rendendo più affidabili i dati prima dell’avvio degli studi clinici.
Restano comunque diverse criticità aperte. Alcuni materiali utilizzati nei dispositivi possono interferire con i farmaci; inoltre manca ancora una standardizzazione condivisa tra laboratori e aziende. L’obiettivo di queste piattaforme non è imitare ogni aspetto del cervello umano, ma fornire modelli sperimentali più predittivi rispetto alla biologia umana. Nonostante questi limiti, la direzione appare ormai tracciata: integrare biologia umana, ingegneria dei tessuti e microfluidica per sviluppare modelli sperimentali più realistici, ridurre la distanza tra laboratorio e clinica e superare le principali debolezze dei modelli tradizionali, inclusi i modelli animali.
Sissoko, C., Spitz, S., Zhang, Z., Abedi, K., Kamm, R. D., & Barrile, R. (2026). Engineering the blood–brain barrier on chip: advances in preclinical drug penetration and disease modeling. Advanced Drug Delivery Reviews, 234, 115881. https://doi.org/10.1016/j.addr.2026.115881
