IL NUOVO METODO RAPIDO DI BIOPRINTING SBLOCCA IL POTENZIALE DEI TRAPIANTI DI TESSUTI UMANI
Scienziati dell’Università di Buffalo hanno sviluppato un nuovo metodo di bioprinting 3D rapido che potrebbe rappresentare un passo significativo verso organi umani completamente stampati.
Utilizzando un nuovo approccio basato sulla vasca SLA, il team è stato in grado di ridurre il tempo necessario per creare strutture di idrogel cariche di cellule, da oltre 6 ore a soli 19 minuti. Il metodo di biofabbricazione accelerato consente anche la produzione di reti di vasi sanguigni incorporati, rendendolo potenzialmente un passo significativo verso gli organi stampati in 3D salvavita necessari a coloro che sono in lista di attesa per i trapianti.
“Il nostro metodo consente la stampa rapida di modelli di idrogel di dimensioni centimetriche”, ha spiegato il coautore principale dello studio, Chi Zhou. “Riduce in modo significativo la deformazione delle parti e le lesioni cellulari causate dalla prolungata esposizione agli stress ambientali che si vedono comunemente nella stampa 3D convenzionale.”
“LA TECNOLOGIA CHE ABBIAMO SVILUPPATO È 10-50 VOLTE PIÙ VELOCE DELLO STANDARD DEL SETTORE E FUNZIONA CON CAMPIONI DI GRANDI DIMENSIONI CHE IN PRECEDENZA ERANO MOLTO DIFFICILI DA OTTENERE.”
Prendendo la bioprinting una marcia in più
Sebbene le strutture cariche di cellule biostampate abbiano un potenziale significativo quando si tratta di trapianti di organi e tessuti umani, la tecnologia è ancora in una fase nascente. Uno dei principali ostacoli che devono affrontare l’adozione più ampia di questi processi è la velocità di stampa, poiché i tassi di deposizione degli idrogel sono stati finora limitati per evitare di danneggiare le loro cellule incombenti.
Le tecniche basate su ugelli presentano anche altri inconvenienti, poiché possono causare un’esposizione cellulare prolungata allo stress da taglio, nonché bassi livelli di ossigeno e temperature, danneggiandoli durante il processo. Inoltre, gli scaffold in idrogel prodotti con metodi convenzionali mostrano spesso una bassa resistenza meccanica, rendendo difficile incorporare strutture morbide a sbalzo come i canali vascolari.
Sebbene l’utilizzo di supporti sacrificali consente agli scienziati di superare parzialmente questa carenza, la semplicità del metodo di estrusione alla base di questo approccio continua a limitarne la capacità. Al contrario, le tecnologie CLIP (Continuous Liquid Interface Production) di recente sviluppo hanno il potenziale per aumentare drasticamente la velocità dei processi di bioprinting.
Costruendo continuamente strati al di sopra di una “zona morta”, i metodi CLIP consentono di rifornire costantemente i materiali, aumentando la capacità di produzione, ma al costo di essere in grado di creare solo parti a pareti sottili. Basandosi su questo approccio, il team di Buffalo ha ora sviluppato un metodo “FLOAT”, in cui gli idrogel possono essere depositati a una velocità maggiore, consentendo la produzione di tessuti vascolarizzati più grandi.
L’approccio di bioprinting “FLOAT”
Durante il metodo FLOAT ottimizzato dei ricercatori, gli oggetti vengono essenzialmente polimerizzati attraverso una lastra di vetro all’interno di una vasca di idrogel a basse forze di aspirazione, producendo parti spesse con elevata elasticità. Per dimostrare la biocompatibilità del loro approccio, il team ha inizialmente fabbricato una serie di campioni dal polimero PEGNB compatibile con le cellule.
È interessante notare che, sebbene le parti di prova abbiano mostrato una rigidità sufficiente, si sono anche ridotte fino al 51%, inducendo i ricercatori a passare a un materiale PEGDA per modelli più grandi. In prove più ambiziose, il team di Buffalo ha quindi stampato in 3D diverse strutture di idrogel a forma di mano di 2,6 × 1,7 × 5,6 cm, con “ dita ” che si piegavano sotto compressione.
La produzione degli stessi modelli utilizzando una normale stampante 3D SLA ha richiesto al team circa 6,5 ore, significativamente più a lungo dei 19 minuti della loro macchina basata su FLOAT. Le mani a base di idrogel degli scienziati presentavano anche canali vascolari, il che significa che alla fine potevano essere seminate con cellule endoteliali per creare arti funzionali e trapiantabili.
Alla fine, gli scienziati sono stati in grado di seminare chiazze di cellule in microcanali ex vivo, ma hanno anche scoperto che l’integrazione di queste in strutture più resistenti produceva una bassa vitalità cellulare. In futuro, il team ritiene che il passaggio a polimeri drogati con nanomateriali potrebbe fornire la risposta per bilanciare rigidità e compatibilità e consentire la rapida produzione di strutture vascolarizzate a base di idrogel.
