Se la disponibilità di bioprinter per medici e operatori ospedalieri potrebbe avere un impatto enorme sul loro lavoro, allora immagina cosa farebbero le bioprinter portatili per il trattamento delle lesioni traumatiche. Questi nuovi dispositivi, alcuni dei quali abbiamo incontrato negli ultimi due anni, non sono poi così comuni e di solito altamente personalizzati; tuttavia, i ricercatori hanno capito quanto possano essere importanti per la cura del trauma. L’idea alla base delle bioprinter portatili è che potrebbero fornire la tecnologia direttamente al paziente, colpendo la superficie desiderata grazie alla loro mobilità. In passato, abbiamo segnalato diversi progetti di bioprinter portatili che erogano cellule direttamente sull’osso e sulla cartilagine durante l’intervento chirurgico , nonché per il trattamento dell’ulcerazione cornealee soprattutto per la guarigione delle ferite da ustione tramite cartilagine e rigenerazione della pelle . La tecnologia ha un grande potenziale, che è il motivo per cui, all’inizio di quest’anno, un gruppo di ingegneri biomedici della Università del Connecticut ‘s School of Dental Medicine ha sviluppato un bioprinter palmare 3D che potrebbe rivoluzionare il modo in cui vengono eseguite le procedure chirurgiche muscolo-scheletrici.
La bioprinter consente ai chirurghi di depositare materiali per impalcature per aiutare a sostenere la crescita cellulare e tissutale direttamente nei siti dei difetti all’interno dei muscoli scheletrici indeboliti. Sviluppata da Ali Tamayol, professore associato presso il dipartimento di ingegneria biomedica dell’Università del Connecticut, la tecnologia è in grado di stampare in situ 3D di scaffold adesivi. L’esperto lo considera addirittura un cambiamento di paradigma nel riempimento rapido ma preciso di complessi difetti del tessuto muscolare scheletrico.
La ricerca di Tamayol è stata recentemente pubblicata sulla rivista American Chemical Society , in un articolo intitolato ” I n Situ Printing of Scaffolds di idrogel adesivo per il trattamento delle lesioni muscolari scheletriche”“. Secondo gli investigatori, gli attuali metodi per la chirurgia ricostruttiva sono stati in gran parte inadeguati nel trattamento della perdita volumetrica di muscolo (la perdita traumatica o chirurgica del muscolo scheletrico che si traduce in danno funzionale), aggiungendo al fatto che la geometria dei difetti del muscolo scheletrico in questo tipo di gli infortuni variano caso per caso. Considerano che, di conseguenza, la tecnologia di stampa 3D sia emersa come una soluzione emergente per aiutare a ricostruire i muscoli. Tuttavia, sostengono anche che il tempo e le strutture necessarie per l’imaging del sito del difetto, l’elaborazione per il rendering di modelli di computer e la stampa di un’impalcatura adeguata prevengono interventi ricostruttivi immediati lesioni post-traumatiche.
Per superare queste sfide, questa nuova ricerca propone che gli idrogel a base di gelatina vengano stampati direttamente nell’area dei difetti e reticolati sul sito.
“La stampante è robusta e consente il corretto riempimento della cavità con impalcature fibrillari in cui le fibre assomigliano all’architettura del tessuto nativo”, ha indicato Tamayol. “Questa è una nuova generazione di stampanti 3D che consente ai medici di stampare direttamente l’impalcatura all’interno del corpo del paziente e, soprattutto, questo sistema non richiede la presenza di sofisticati sistemi di imaging e stampa.”
La bioprinter palmare, parzialmente automatizzata, è un dispositivo basato su estrusione in grado di estrudere continuamente biomateriali e include una sorgente di luce ultravioletta (UV) integrata per la reticolazione del bioink estruso in grado di stampare in situ di impalcature adesive al fine di superare le sfide associato al trattamento di una lesione volumetrica della perdita muscolare. I ricercatori affermano che la piattaforma è in grado di stampare immediatamente idrogel reticolabili come la gelatina metacriloil (GelMA) per questo tipo di lesioni. GelMA è un biomateriale derivato dal collagene che imita da vicino la matrice extracellulare (ECM) dei muscoli scheletrici nativi, inoltre, GelMA aderisce ai tessuti del corpo ed è stato usato come bioadesivo, ma hanno indicato che sono i primi a studiare l’adesione di GelMA idrogel al muscolo scheletrico.
Lo studio suggerisce che la stampa in situ di GelMA dovrebbe eliminare la necessità di ulteriori interventi chirurgici e risolvere le sfide dell’impianto di impalcatura a base di idrogel e che le impalcature della bioprinter aderiscono esattamente ai tessuti circostanti della lesione e imitano le proprietà del tessuto esistente, eliminando la necessità di eventuali suture.
Indranil Sinha, co-autore e chirurgo plastico presso il Brigham and Women’s Hospital (un ospedale di insegnamento della Harvard Medical School) con esperienza nel trattamento delle lesioni muscolari, ha dichiarato: “Al momento non esiste una buona soluzione per i pazienti che soffrono di perdita volumetrica di muscoli. Un gel stampato personalizzabile pone le basi per un nuovo paradigma terapeutico che può migliorare la cura dei nostri pazienti traumatizzati. “
Dal materiale pubblicato emerge chiaramente che per impiantare gli scaffold a base di idrogel è necessario stampare con successo un biomateriale molto specifico che aderisca al sito del difetto. E mentre i ponteggi bioprinted che imitano i muscoli scheletrici sono stati creati in vitro , i ricercatori suggeriscono che questi non sono stati utilizzati con successo su un argomento reale, lasciando la tecnologia di bioprinting 3D esistente con alcuni problemi.
Invece, la soluzione di Tamayol risolve il problema, poiché il bioink di idrogel a base di gelatina stampato con successo ha aderito efficacemente ai siti dei difetti quando testato su topi con lesione volumetrica della perdita muscolare. In effetti, i topi hanno mostrato un aumento significativo dell’ipertrofia muscolare dopo la terapia di Tamayol, cioè un aumento e una crescita delle cellule muscolari.
Il team di 15 esperti è stato in grado di dimostrare che questa bioprinter è compatibile con vari tipi di bioink, tra cui idrogel foto-reticolabili e soluzioni polimeriche convenzionalmente utilizzate nell’ingegneria dei tessuti e nella bioprinting, e che la bioprinter ha consentito la stampa su superfici non piatte, che non possono essere ottenuto utilizzando normali bioprinter fisse. Hanno anche testato la fattibilità della stampa in situ dell’idrogel GelMA per il trattamento delle lesioni muscolari e hanno realizzato che la pressione di stampa e lo sforzo di taglio applicato con la bioprinter palmare non hanno avuto alcun impatto negativo sulla vitalità e sulla proliferazione dei mioblasti (i precursori embrionali dei miociti, chiamato anche cellule muscolari).
La ricerca, finanziata dal National Institutes of Health e dal Gillian Reny Stepping Strong Center for Trauma Innovation , ha dimostrato che la stampante portatile cambierà il riempimento rapido ma preciso di complessi difetti del tessuto muscolare scheletrico.
Sebbene il nuovo sistema sia nelle prime fasi del test, potrebbe eventualmente fornire un modo per curare i pazienti con gravi lesioni. Tamayol e Sinha hanno già depositato un brevetto su questa tecnologia per il trattamento delle lesioni muscoloscheletriche. E come parte del suo profondo interesse per il campo, Tamayol ha anche recentemente sviluppato una fasciatura intelligente per aiutare le cure cliniche per le persone con ferite croniche. Sembra che l’idoneità del bioink stampato in situ per la consegna delle cellule abbia avuto successo se stampato direttamente nel sito del difetto dei topi con lesione volumetrica della perdita muscolare, speriamo che possa anche funzionare in futuro per promuovere la crescita del muscolo scheletrico negli esseri umani con questo tipo di lesioni traumatiche.
