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A conferma della tradizione è di grande importanza un recente studio sul modo in cui sono lavorate le pietre, cioè secondo l'uso dei Nabatei, diffuso nella Galilea ai tempi di Gesù (vedi fig. 1). Di grande interesse risultano anche numerosi graffiti incisi sulle pietre della Santa Casa, giudicati dagli esperti di chiara origine giudeo-cristiana e assai simili a quelli riscontrati a Nazaret (vedi fig. 3). La Santa Casa, nel suo nucleo originario è costituita solo da tre pareti perché la parte orientale, ove sorge l'altare, era aperta verso la Grotta (vedi fig. 2). Le tre pareti originarie - senza fondamenta proprie e poggianti su un'antica via - si innalzano da terra per tre metri appena. Il materiale sovrastante, costituito da mattoni locali, è stato aggiunto in seguito, compresa la volta (1536), per rendere l'ambiente più adatto al culto. Il rivestimento marmoreo, che avvolge le pareti della Santa Casa, fu voluto da Giulio II e fu realizzato su disegno del Bramante (1507 c). da rinomati artisti del Rinascimento italiano. La statua della Vergine col Bambino, in legno di cedro del Libano, sostituisce quella del sec. XIV, distrutta da un incendio nel 1921. Grandi artisti si sono succeduti lungo i secoli per abbellire il Santuario la cui fama si è diffusa rapidamente in tutto il mondo divenendo meta privilegiata di milioni di pellegrini. L'insigne reliquia della Santa Casa di Maria è per il pellegrino occasione e invito per meditare gli alti messaggi teologici e spirituali legati al mistero dell'Incarnazione e all'annuncio della Salvezza.
Alcune pietre risultano rifinite esternamente con tecnica che richiama quella dei nabatei, diffusa in Palestina e anche in Galilea fino ai tempi di Gesù. Vi sono stati individuati una sessantina di graffiti, molti dei quali giudicati dagli esperti riferibili a quelli giudeo-cristiani di epoca remota, esistenti in Terra Santa, compresa Nazaret. Le sezioni superiori delle pareti, di minor valore storico e devozionale, nel secolo XIV furono coperte da dipinti a fresco, mentre le sottostanti sezioni in pietra furono lasciate a vista, esposte alla venerazione dei fedeli.
Il rivestimento marmoreo è il capolavoro dell'arte lauretana. Esso custodisce l'umile Casa di Nazareth come lo scrigno accoglie la perla. Voluto da Giulio II ed ideato dal sommo architetto Donato Bramante, che nel 1509 ne approntò il disegno, fu attuato sotto la direzione di Andrea Sansovino (1513-27), di Ranieri Nerucci e di Antonio da Sangallo il Giovane. In seguito furono collocate nelle nicchie le statue delle Sibille e dei Profeti.
Il rivestimento è costituito da un basamento con ornamentazioni geometriche, da cui si diparte un ordine di colonne striate a due sezioni, con capitelli corinzi che sostengono un cornicione aggettante. La balaustra è stata aggiunta da Antonio da Sangallo (1533-34) con lo scopo di nascondere la goffa volta a botte della S. Casa e di circoscrivere con elegante riquadratura tutto il mirabile recinto marmoreo.