Nuovo Passo Avanti nella Biostampa 3D: Bioink Migliorato per Costrutti Muscolari Scheletrici
Ricercatori del Terasaki Institute for Biomedical Innovation (TIBI) hanno compiuto un significativo progresso nel campo della biostampa 3D, concentrandosi sulla creazione di tessuti muscolari scheletrici di tipo nativo.
La chiave di questo avvicinamento innovativo risiede in un bioinchiostro appositamente formulato dagli scienziati del TIBI, che contiene microparticelle progettate per il rilascio prolungato del fattore di crescita simile all’insulina-1 (IGF-1). Come dimostrato in un recente articolo pubblicato su Macromolecular Bioscience, il rilascio prolungato di IGF-1 contribuisce a potenziare la formazione di tessuto muscolare scheletrico maturo a partire dalle cellule precursori del muscolo, facilitando nel contempo il loro allineamento strutturale. Questo processo incrementa l’efficienza del processo rigenerativo, aprendo la strada a terapie efficaci per coloro che soffrono di perdita muscolare o lesioni.
La perdita di massa muscolare scheletrica dovuta a traumi, malattie o interventi chirurgici non solo comporta problemi funzionali, ma può causare danni anche ai tessuti circostanti, come i vasi sanguigni e altre componenti strutturali. Attualmente, il trattamento prevede il trapianto di tessuto muscolare sano da un’area diversa del corpo al sito della lesione. Tuttavia, problematiche quali un’innervazione insufficiente e altre complicazioni legate al tessuto trapiantato possono ostacolare una completa ripresa muscolare.
Il normale sviluppo muscolare avviene gradualmente, con le cellule precursori del muscolo, chiamate mioblasti, che si fondono per formare cellule tubulari denominate miotubi. Questi miotubi si evolvono infine in fibre muscolari mature. Oltre alla maturazione delle cellule muscolari, un preciso allineamento e orientamento cellulare sono fondamentali per il successo delle funzioni contrattili del muscolo.
Molteplici tentativi sono stati fatti per ingegnerizzare il tessuto muscolare scheletrico funzionale, ma la maggior parte di essi ha incontrato diverse sfide. L’approccio del TIBI sfrutta la biostampa 3D attraverso l’utilizzo di un bioinchiostro composto da GelMA (un idrogel biocompatibile a base di gelatina), cellule mioblastiche e microparticelle progettate per il rilascio prolungato di IGF-1.
L’IGF-1 favorisce la rigenerazione e la riparazione muscolare quando è presente per almeno dieci giorni. I ricercatori hanno sfruttato un sistema microfluidico per creare microparticelle uniformi rivestite con IGF-1, garantendo un rilascio graduale del fattore di crescita mentre le particelle si degradano.
A una settimana dalla creazione di costrutti muscolari tramite il nuovo bioinchiostro, è stato osservato un miglioramento nell’allineamento, nella fusione e nella differenziazione dei mioblasti nei miotubi. Questi ultimi hanno dimostrato una crescita e un allungamento notevolmente superiori rispetto a costrutti senza rilascio prolungato di IGF-1. Dopo dieci giorni dalla biostampa, le strutture del tessuto muscolare con rilascio prolungato di IGF-1 hanno iniziato a contrarsi spontaneamente.
Studi preclinici condotti su topi dotati di impianti di costrutti muscolari biostampati in 3D hanno mostrato che il rilascio prolungato di IGF-1 ha favorito una rigenerazione del tessuto muscolare superiore. Questi risultati sono stati confermati da ulteriori esperimenti in vivo, i quali hanno evidenziato che il rilascio prolungato di IGF-1 innescava anche una risposta infiammatoria ben regolata, positiva per il processo di riparazione.
Il dott. Ali Khademhosseini, direttore e CEO di TIBI, ha concluso: “Il rilascio prolungato di IGF-1 favorisce la maturazione e l’allineamento delle cellule muscolari, passi cruciali per la riparazione e la rigenerazione del tessuto muscolare. Questa strategia ha un grande potenziale per la creazione terapeutica di tessuto muscolare contrattile e funzionale”.
