Gli autori Yoshinari Tsukamoto, Takami Akagi e Mitsuru Akashi, tutti dell’Università di Osaka , sperimentano la bioprinting in medicina cardiaca, spiegando i loro risultati nella recente costruzione del tessuto cardiaco vascolarizzato con orientamento per metodo strato per strato e stampante 3D .
Mentre l’ingegneria dei tessuti continua ad evolversi nei laboratori di tutto il mondo, il raggiungimento dell’obiettivo della stampa 3D di organi umani si avvicina ancora di più; e mentre tali progressi possono sembrare appena fuori dalla portata di molti scienziati, la fabbricazione del tessuto 3D in nuovi studi continua ad un ritmo rapido. In questa ricerca, gli autori continuano da dove avevano interrotto il lavoro precedente, avanzando per perfezionare ulteriormente l’ingegneria del tessuto cardiaco.
Illustrazione schematica del processo di fabbricazione del tessuto 3D strato per strato (LbL) mediante la tecnica di rivestimento con fibronectina (FN) e gelatina (G) e l’accumulo di cellule. (b) Illustrazione schematica della fabbricazione di tessuto cardiaco 3D con una rete capillare di sangue usando cellule rivestite con LbL e tecnica di accumulo cellulare.
Bioprinting di tessuto cardiaco con una struttura specifica del cuore, orientamento cellulare e una rete vascolare, gli autori hanno usato la fabbricazione strato per strato (LbL), l’accumulo di cellule e la stampa 3D. Un telaio in gel di idrossibutil chitosano (HBC) è stato creato tramite stampa 3D per controllare “linearmente” l’orientamento delle cellule.
Illustrazione schematica della fabbricazione di tessuto cardiaco 3D controllato mediante orientamento mediante tecnologia di stampa 3D. (a) Stampa 3D di HBC mediante una stampante 3D di erogazione robotizzata. (b) Fabbricazione di tessuto multistrato 3D utilizzando cellule rivestite LbL e tecnica di accumulo cellulare. (c) Coltivazione di tessuti 3D controllati con orientamento. (d) Valutazione della forma e delle proprietà contrattili mediante una tecnica istologica e l’elaborazione di immagini.
“L’HBC ha la capacità di transizione sol-gel a seconda della temperatura”, hanno affermato gli autori.
L’uso del gel HBC è stato particolarmente interessante in quanto i ricercatori hanno utilizzato una stampante di erogazione robotizzata, raffreddando l’inchiostro a 4 ° C con un elemento Peltier. La valutazione degli autori ha mostrato che la larghezza della linea dell’inchiostro era di circa 1 mm, con il potenziale di laminazione fino a otto strati.
“Non è stato possibile laminare un nono strato perché la parete del gel HBC si è sciolta. La ragione di ciò è che il nono strato è lontano dal substrato e si scioglie perché non può ricevere il controllo della temperatura “, hanno spiegato i ricercatori. “Dai nostri studi precedenti, tuttavia, lo spessore del tessuto 3D è limitato a 100 μm. Per questo motivo, la capacità di modellazione 3D del gel HBC è sufficiente per fabbricare tessuti 3D usando una tecnica LbL e una tecnica di accumulo cellulare. “
Osservazione e analisi di una parete laminata in gel HBC al 5% stampata da una stampante 3D di erogazione robotizzata. (a) Altezza della parete laminata del gel HBC osservata dalla direzione orizzontale. (b) Larghezza della linea della parete laminata del gel HBC osservata dalla direzione verticale.
Immagine di tessuto cardiaco 3D a controllo di forma colorato con marcatura fluorescente della falloidina e anticorpo anti-cardiaco troponina T (cTnT) ottenuto dalla microscopia confocale a scansione laser (CLSM). (a – d) Tessuto cardiaco 3D a forma controllata utilizzando un telaio in gel HBC 2 × 15 mm. (e – h) Tessuto cardiaco 3D non controllato. (a, e) Le immagini unite di F-actina, cTnT e DAPI. (b, f) Le immagini unite di F-actina e cTnT. (c, g) Le immagini cTnT. (d, h) Le immagini di F-actina. (i, j) I grafici degli angoli di allineamento locale delle fibre di F-actina nel tessuto cardiaco 3D a forma controllata sono mostrati sotto l’immagine CLSM mediante analisi dell’immagine.
Successivamente, i ricercatori hanno creato una rete vascolare per il loro tessuto cardiaco stampato in 3D, aggiungendo hiPSC-CM e nanofilm FN-G rivestiti NHC in co-coltura con HMVEC in una cornice di gel HBC rettangolare 1,5 × 15 mm (5%). Utilizzando un telaio in gel HBC rettangolare di 1,5 mm sul lato corto, i ricercatori sono stati in grado di controllare il tessuto cardiaco 3D.
Tessuto cardiaco 3D a controllo di forma con anticorpo anti-cardon troponina T (cTnT) colorato in rete vascolare e anticorpo anti-CD31 ottenuto da LSCM. (a – c) Tessuto cardiaco 3D a forma controllata utilizzando un telaio in gel HBC 1,5 × 15 mm. (d, e, f) Tessuto cardiaco 3D non controllato. (a, d) L’immagine unita di cTnT (verde) e CD31 (rosso). (b, e) L’immagine cTnT. (c, f) L’immagine del CD31. (g, h) I grafici degli angoli di allineamento locale della rete vascolare (CD31) nel tessuto cardiaco 3D a forma controllata sono mostrati sotto l’immagine CLSM mediante analisi dell’immagine. (g) Il grafico del tessuto controllato con orientamento. (h) Il grafico del tessuto non controllato.
“Dal risultato delle immagini colorate CD31, si è formata una rete vascolare in entrambi i tessuti. Nel caso dei tessuti controllati dall’orientamento, la rete vascolare ha una struttura orientata simile ai cardiomiociti secondo l’analisi dell’immagine “, hanno concluso gli autori. “Nel caso del tessuto incontrollato, d’altra parte, la rete vascolare non ha una struttura orientata.”
“Questo tessuto cardiaco 3D ha il potenziale per l’uso nella cura medica dei trapianti e nella valutazione dei farmaci perché ha la struttura nativa simile a un organo del cuore e una rete vascolare per la fabbricazione di tessuti 3D più spessi e più grandi. Pertanto, riteniamo che il tessuto cardiaco 3D con orientamento e rete vascolare sarebbe uno strumento utile per la medicina rigenerativa e le applicazioni farmaceutiche “.