GLI SCIENZIATI FANNO PASSI DA GIGANTE CON IL NUOVO MATERIALE DI BIOPRINTING 3D PERSONALIZZABILE
Un team di ricercatori della Scuola di ingegneria meccanica e dei materiali della Washington State University ha sviluppato un nuovo materiale per bioprinting 3D personalizzabile progettato per imitare meglio la struttura del tessuto naturale.
Con proprietà meccaniche programmabili, il materiale dell’impalcatura è meglio attrezzato per incoraggiare la crescita cellulare naturale in una varietà di ambienti, fornendo agli scienziati un percorso più affidabile per la fabbricazione di tessuti personalizzati. La professoressa Arda Gozen, coautrice dello studio, vede un futuro radioso per il materiale come un bioink di facile utilizzo. Crede che i medici potrebbero essere in grado di premere un pulsante, bioprimere un’impalcatura con il materiale e produrre su richiesta pelle, cartilagine e altre bio-strutture sostitutive per i pazienti.
“Il successo di questo metodo nella produzione di tessuti funzionali dipende fortemente dal modo in cui le strutture fabbricate imitano i tessuti nativi”, spiega Gozen. “Se vuoi far crescere le cellule e trasformarle in tessuto funzionale, devi abbinare l’ambiente meccanico del tessuto nativo”.
Il Santo Graal della bioprinting 3D è la fabbricazione di interi organi sostitutivi, una pietra miliare che eliminerebbe i tempi di attesa per i trapianti e toglierebbe un enorme carico ai sistemi sanitari in tutto il mondo. Allo stato attuale, la tecnologia di bioprinting 3D è in grado di produrre solo campioni di tessuto semplici, in cui i bioink vengono depositati strato per strato per erigere scaffold, che quindi forniscono un ambiente nutritivo in cui le cellule crescono.
Sfortunatamente, l’evoluzione è significativamente più complessa dei nostri sistemi di micro-deposizione ad alta precisione, il che significa che le cellule biologiche reali spesso hanno difficoltà a crescere su scaffold artificiali. Ad esempio, le cellule della pelle amano crescere su scaffold che sembrano una vera pelle, mentre le cellule muscolari amano crescere su scaffold che sembrano veri muscoli.
L’arte del bioprinting 3D si occupa in gran parte di ingannare queste cellule biologiche facendole credere di essere circondate dalla cosa reale. Un modo tipico in cui i ricercatori mettono a punto i loro scaffold è aggiungendo o rimuovendo i tralicci, che aumenta o diminuisce la rigidità della struttura. Sebbene l’approccio sia relativamente semplice, non fornisce la flessibilità necessaria nell’ingegneria dei tessuti per uso finale.
Gozen aggiunge: “Non abbiamo molte manopole da girare. Hai bisogno di più gradi di libertà – per creare qualcosa di più morbido o più duro senza cambiare la struttura “.
Per rispondere alla necessità di adattabilità, il team di Washington ha sviluppato un nuovo bioink con proprietà meccaniche personalizzabili. Creato utilizzando gelatina, gomma arabica e alginato di sodio, il bioink combina tre processi chimici per “legare” insieme i tre ingredienti, quasi come una corda intrecciata. La modifica dei processi chimici separati consente agli scienziati di mettere a punto la rigidità dell’impalcatura finale, senza dover modificare il disegno geometrico con le capriate.
“Questo ti dà la possibilità di regolare le proprietà senza modificare il design dell’impalcatura e ti dà il grado di libertà aggiuntivo che stiamo cercando”, spiega Gozen.
Mentre il lavoro è ancora nelle sue fasi iniziali, il team di Gozen ha già utilizzato il materiale per stampare in 3D gli scaffold della cartilagine del naso. Simulare la complessità del tessuto naturale rimane una sfida, ma con parametri di stampa o composizioni di ingredienti variabili, il team ritiene di poter finalmente fabbricare strutture di scaffold utilizzabili per applicazioni di ingegneria tissutale su larga scala.
“Non stai assemblando i Lego qui. Si tratta sempre di replicare la natura che lavora con il corpo “, conclude Gozen. “Puoi creare strutture viventi, ma non assomigliano affatto al tessuto nativo. La precisione è fondamentale perché non esiste un singolo obiettivo di proprietà meccaniche per un singolo pezzo di tessuto “.
Ulteriori dettagli dello studio possono essere trovati nel documento intitolato ` ` scaffold di alginato di sodio composito, meccanicamente sintonizzabile, stampato in 3D, gelatina e gomma arabica (SA-GEL-GA) ”. È coautore di Mahmoud Amr, Arda Gozen et al.
Allo stesso modo, i ricercatori della Pennsylvania State University hanno precedentemente sviluppato un processo di bioprinting 3D in grado di stampare tessuti duri e molli allo stesso tempo per riparare le lesioni della pelle e delle ossa. Utilizzando due bioink e processi di bioprinting appositamente progettati, il team è stato in grado di riparare un buco nel cranio e nella pelle di un modello di ratto in pochi minuti con un’unica procedura.
Altrove, gli scienziati della King Abdullah University of Science and Technology hanno recentemente sviluppato un nuovo metodo di stampa 3D di scaffold in idrogel basato su peptidi ultracorti . Il team ha utilizzato le brevi catene di amminoacidi per formulare un bioink per scopi di ingegneria dei tessuti.
