Produzione di tessuti collagenei multiorientati tramite stampa 3D
Un gruppo di ricercatori della Yokohama National University ha messo a punto una procedura che sfrutta dispositivi fluidici e stampa tridimensionale per realizzare modelli di tessuto a base di collagene con fibrille orientate in più direzioni. Lo studio, pubblicato su ACS Biomaterials Science & Engineering il 12 maggio 2025, descrive in dettaglio come un sistema di canali creati con stampanti 3D possa guidare il flusso di una sospensione di collagene di tipo I e cellule, ottenendo strutture in grado di imitare l’organizzazione delle matrici biologiche presenti in pelle, ossa craniche e altri tessuti.
Limiti delle tecniche convenzionali
Metodi come l’allineamento magnetico delle fibre o l’elettrospinning richiedono rispettivamente particelle ferromagnetiche o solventi organici volatili, soluzioni che possono lasciare residui nei campioni o complicare la sicurezza dei protocolli. Il procedimento sviluppato a Yokohama elimina tali componenti aggiuntivi, utilizzando unicamente collagene e cellule: la direzione del flusso nei microcanali orienta le fibrille, i fibrilli e i fibroblasti, definendo pattern sia orizzontali sia verticali con precisione microscopica.
Realizzazione del sistema fluidico
Per fabbricare il sistema di flusso, gli autori hanno impiegato un master mold prodotto tramite stampa 3D, nel quale sono stati ricavati i canali di sezione variabile. All’interno di questi passaggi, la soluzione di collagene è convogliata con portate controllate, consentendo di stabilire l’angolo e la densità di orientamento delle fibre. Una volta solidificato per gelificazione termica, il materiale viene sottoposto a trattamento termico e infine a leggera lavorazione meccanica, ottenendo idrogel stabili e pronti per l’analisi biologica.
Caratteristiche dei tessuti ottenuti
Le analisi microscopiche hanno mostrato un’ottima definizione delle direzioni prefissate, con fibre allineate in entrambi gli assi principali, replicando la complessità di strutture come la derma cutanea o le trabecole ossee. Questo controllo sulla topologia collagenica permette di studiare in vitro il comportamento cellulare in ambienti tridimensionali che rispettano l’orientamento funzionale dei tessuti nativi, aspetto cruciale per le indagini su rigenerazione e risposta meccanica.
Applicazioni e prospettive future
Secondo Kazutoshi Iijima, associato presso la Yokohama National University e coordinatore dello studio, il sistema potrà essere adattato per la produzione di scaffold per ingegneria tissutale personalizzata, modelli in vitro per test farmacologici e, in prospettiva, strutture impiantabili per la rigenerazione di organi. Shoji Maruo, professore nella stessa università, aggiunge che il metodo apre la strada a modelli tridimensionali “su misura”, in grado di ricreare l’eterogeneità meccanica e biologica degli organi umani.
Collaborazioni e riconoscimenti
Alla realizzazione della ricerca hanno contribuito i membri delle scuole di Engineering Science e di Advanced Sciences della Yokohama National University, con il supporto del suo Instrumental Analysis Center. Il lavoro di Mizuki Iijima, Mitsuki Sato, Hoshi Wakabayashi e colleghi è stato affiancato dalle competenze di Masaru Mukai, Hiroki Miyajima, Shoji Maruo e Kazutoshi Iijima, garantendo un approccio interdisciplinare e strumenti all’avanguardia per analisi e microscopia.
