Ricercatori coreani 3D stampano airway-on-a-chip funzionale
Un team di ricercatori coreani dell’Università di Scienza e Tecnologia di Pohang (POSTECH) e dell’Università Nazionale di Seul (SNU) ha stampato in 3D un airway-on-a-chip funzionale. Il moniker “on-a-chip” descrive un modello analogico che simula le risposte biochimiche; questi modelli sono usati per studiare le malattie e gli effetti dei loro trattamenti. In questo caso, le vie respiratorie sono suscettibili alle malattie respiratorie come l’asma, la malattia polmonare cronica e la rinosinusite.
Creando un bio-inchiostro contenente una miscela di una matrice extracellulare decellularizzata (dECM) isolata dalla trachea di maiale e dalle cellule della mucosa isolate dalla trachea umana, il team di ricerca è stato in grado di stampare in 3D un dispositivo con una rete di vasi sanguigni che si collegano alle cellule epiteliali . L’autore principale dello studio, Ju Young Park, spiega: “Abbiamo riprodotto una rete vascolare tridimensionale in vivo assemblando cellule endoteliali e fibroblasti utilizzando il bio-inchiostro dECM in un processo di stampa in un unico passaggio.”
“La struttura che abbiamo prodotto ha le stesse funzioni fisiologiche dell’epitelio delle vie aeree biologiche e quindi può essere utilizzata per modellare malattie come l’asma”, ha detto Park, elaborando che le vie aeree stampate esibivano la naturale reazione allergica quando esposte agli acari della polvere. “La presenza di vasi sanguigni, ad esempio, porta ad una produzione eccessiva di citochine proinfiammatorie nel nostro modello di vie aeree. Questo processo (noto anche come “tempesta di citochine”) si verifica durante l’infiammazione delle vie aeree asmatiche e l’esacerbazione dell’asma indotta da allergeni nel contesto fisiologico. “
Il bioprinter 3D a sei punte utilizzato nello studio è piuttosto avanzato. “Due delle testine di stampa erano collegate a un sistema pneumatico basato sulla pressione che eroga un polimero sintetico per fabbricare la struttura di supporto per le vie aeree”, ha commentato Park. “Le altre quattro testine di stampa operano su un palco motorizzato a tre assi e controlliamo i loro movimenti utilizzando programmi per computer”.
Le vie aeree umane sono estremamente complesse, con strati di membrane che interagiscono tra loro. “Per simulare questa complessa struttura 2D / 3D e la composizione cellulare della mucosa delle vie aeree, abbiamo assemblato un epitelio delle vie aeree 2D su una piattaforma vascolare 3D”, ha spiegato Park. “Abbiamo ricostruito la rete vascolare 3D naturale mediante la stampa 3D cellulare del bio-inchiostro dECM contenente cellule endoteliali e fibroblasti. Il bio-inchiostro dECM fornisce infatti alla cellula una nicchia in vivo di tessuto nativo che induce differenziazione e funzione specifiche del tessuto. “
Nonostante il livello di complessità richiesto, la tecnica di biostampa 3D è più efficiente di altri metodi di fabbricazione di organi su un chip. “Il nostro sistema di stampa 3D delle cellule ci consente di fabbricare facilmente prototipi di vie aeree ad alta produttività e ci consente inoltre di posizionare direttamente vari tipi di cellule in posizioni specifiche sulla struttura delle vie aeree per imitare il modo in cui le cellule si dispongono nel tessuto nativo”, riferisce Park. “La tecnica potrebbe essere utilizzata per progettare molti tipi di chip e persino stampare modelli di organi diversi dalle vie aeree”.
Testare i farmaci su animali ed esseri umani è costoso, richiede tempo e spesso non è etico, quindi produrre organi su un chip che imitano accuratamente gli organi umani è un passo necessario per far progredire la medicina. “Il nostro nuovo modello potrebbe essere usato per studiare queste interazioni e capire meglio il ruolo che svolgono nelle malattie respiratorie umane”, ha detto Park. “La cella aerea su chip 3D stampata su cellule potrebbe quindi essere utilizzata come un potente complemento ai modelli animali per l’analisi della fisiopatologia e per testare l’efficienza dei farmaci nella fase preclinica.”
