Bioprinting robotico in situ per la riparazione della cartilagine ?

La bioprinting robotica assistita in situ diventerà la prossima generazione di modalità chirurgica per la riparazione della cartilagine?

Bioprinting robotico in situ per l’ingegneria del tessuto cartilagineo
La cartilagine articolare (AC), una forma specifica di cartilagine ialina che si trova sulle articolazioni sinoviali (ad es., ginocchio e spalla), conferisce all’articolazione una superficie a basso attrito e portante, consentendo movimenti fluidi e sopportando fino a 3,5 volte la forza del corpo peso. Tuttavia, la mancanza di vascolarizzazione, innervazione e un sistema linfatico, insieme alla bassa attività metabolica delle cellule condrocitarie residenti, l’incapacità di ottenere cellule progenitrici circolanti e un limitato apporto di nutrienti si traduce in una limitata auto-rigenerazione del tessuto innato. Il modo in cui trattare efficacemente le malattie osteocondrali causate da lesioni traumatiche o patologie degenerative è oggetto di crescente attenzione.

Paulo Bartolo, professore presso il Singapore Centre for 3D Printing, Nanyang Technological University, ha recentemente pubblicato un articolo di revisione intitolato “Biografia in situ assistita da robot per la riparazione del tessuto cartilagineo” sull’International Journal of Extreme Manufacturing (IJEM) e ha introdotto in modo completo l’assistenza robotica in situ bioprinting, una nuova tecnologia di stampa emergente per l’ingegneria dei tessuti cartilaginei.

Questa recensione, basata sulla bioprinting in situ nella riparazione della cartilagine come punto di svolta, offre ai lettori un’idea di come la bioprinting in situ altererà la modalità chirurgica in futuro. Discute la nuova frontiera dei sistemi chirurgici di bioprinting in situ assistiti da robot per la rigenerazione della cartilagine e delinea gli approcci clinici esistenti e l’utilizzo di sistemi chirurgici robotici assistiti. Definisce e presenta tecniche di bioprinting in situ manuali e assistite da robot , inclusi approcci minimamente invasivi e non invasivi e mette in evidenza approcci alternativi nella micro e nanorobotica. Infine, le sfide e le potenziali prospettive future dell’in situ bioprinting per applicazioni cartilaginee sono sistematicamente discusse e concluse.

” Il bioprinting in situ è ​​una tecnica attraente che è in grado di fornire direttamente i bioink al sito anatomico desiderato e ha il potenziale per superare le principali carenze associate al bioprinting convenzionale “. ha detto Yaxin Wang, Ph.D. candidato e il primo autore di questa recensione, ” Ha molti vantaggi come il trattamento della ferita in tempo reale, la perfetta corrispondenza della forma della ferita e l’anastomosi immediata con il tessuto nativo. “

Per ottenere una fabbricazione di successo di prodotti biologicamente funzionali, i bioink devono soddisfare criteri essenziali tra cui stampabilità, citocompatibilità e capacità di istruire le risposte cellulari desiderate. “ Bioink dovrebbe essere specificamente progettato per la biostampa in situ e la riparazione della cartilagine. Il Dr. Rúben Pereira, uno specialista in biomateriali, ha affermato: “ L’integrazione tra la struttura biostampata e i tessuti circostanti deve essere affrontata, in particolare per il tessuto cartilagineo che ha una MEC antiadesiva e un basso metabolismo. I costrutti biostampati in situ devono consentire la fissazione biologica laterale e verticale e ripristinare la funzione.

La modalità di utilizzo della bioprinting in situ dipende dalla complessità del tessuto o dell’organo, dalla posizione anatomica e dall’esito clinico richiesto. “Gli scenari applicativi dell’approccio manuale o assistito da robot dovrebbero essere attentamente valutati e determinati dai chirurghi clinici per indicazioni cliniche specifiche”. disse il dottor Boyang Huang. “Ad esempio, l’approccio gestito è più adatto a situazioni di trauma di emergenza, mentre l’approccio assistito da robot può essere potenzialmente utilizzato per la stampa di organi geometrici complessi. Considerando i difetti a tutto spessore più grandi o il resurfacing completo o le sostituzioni articolari totali, l’approccio di bioprinting in vitro potrebbe essere migliore.

Nonostante i progressi significativi, la bioprinting in situ è ​​attualmente utilizzata principalmente nella stampa di organi “toccabili” come pelle, muscoli e ossa. Il dottor Chris Peach, il chirurgo ortopedico specializzato del team, ha sottolineato: “L’uso della bioprinting in situ nelle articolazioni rappresenta una sfida significativa. Non sono disponibili sistemi commerciali di bioprinting in situ e tutti sono ancora in fase di ricerca di laboratorio. Un fattore chiave è il posizionamento anatomico richiesto per diverse patologie del difetto AC (ad esempio, regioni mediali e laterali del piatto tibiale o condili femorali) e l’accesso limitato al sito del difetto a causa dei legamenti, dei tendini, del menisco e delle ossa circostanti.

Per ovviare a questo problema, il modo più attraente e innovativo è la fornitura di chirurgia mini-invasiva (MIS) o tecniche artroscopiche che consentono la valutazione accurata della patologia utilizzando telecamere artroscopiche ad alta definizione e danni minimi ai tessuti circostanti. Molti progressi tecnologici come la cinematica (movimento), i sistemi di controllo e feedback, gli strumenti chirurgici e i processi di visualizzazione possono essere adottati e adattati per il bioprinting in situ. ” Poiché molti dei sistemi esistenti hanno avuto uno sviluppo significativo, potrebbe esserci una direzione in cui le tecnologie di bioprinting in situ diventeranno parte della suite di strumenti end-effector, consentendo così un’adozione più rapida della tecnologia” . Ha detto il dottor Cian Vyas. “Tuttavia, sono ancora necessari progressi nei sistemi robotici e di stampa, come la miniaturizzazione dei componenti, il movimento e il feedback e la pianificazione chirurgica”.

Anche se la strada da percorrere dalla panchina al capezzale è ancora lunga, il team esprime ottimismo sul futuro della bioprinting in situ . “ Il prossimo sistema chirurgico robotico di rigenerazione dovrebbe essere integrato con imaging, rilevamento e feedback migliorati (ovvero forza e feedback tattile; sensori termici, di pressione e di posizionamento), comunicazioni digitali più veloci e sistemi di bioprinting migliorati. ” ha detto il professor Paulo. “ La futura chirurgia di bioprinting in situ non sarà solo materia di ingegneria biomedica, ma anche un approccio altamente interdisciplinare che coinvolge l’intelligenza artificiale (AI), l’Internet of Things (IoT), la realtà virtuale (VR), la realtà aumentata (AR) e le tecnologie 5G che interagiscono con il team clinico.”