Bioprinting di idrogel di collagene di condrociti nasosettali umani per l’ingegneria dei tessuti cartilaginei per malati di cancro sfigurati

U DI A SCIENZIATI 3D BIOPRINT CARTILAGINE NASALE PERSONALIZZATA PER MALATI DI CANCRO SFIGURATI

I ricercatori dell’Università di Alberta (U of A) hanno sviluppato un metodo di bioprinting 3D personalizzato della cartilagine nasale per i malati di cancro che convivono con la sfigurazione del viso postoperatoria.

Utilizzando un bioprinter CELLINK 3D, gli scienziati sono stati in grado di depositare con precisione una miscela di cellule del paziente e un idrogel di collagene in una forma nasale, prima di coltivare il materiale nella cartilagine funzionale. Dato che i normali innesti nasali spesso comportano il rischio di infezione polmonare o addirittura di collasso, gli impianti del team potrebbero rappresentare un mezzo più sicuro e veloce per trattare i tumori facciali dei futuri malati di cancro.

“Ci vuole una vita per fare la cartilagine in un individuo, mentre questo metodo richiede circa quattro settimane”, ha detto Adetola Adesida, Professore di Chirurgia presso la Facoltà di Medicina e Odontoiatria della U of A. “Quindi ti aspetti ancora che ci sarà un certo grado di maturità che dovrà attraversare, specialmente se impiantato nel corpo. Ma funzionalmente è in grado di fare le cose che fa la cartilagine. “

Ottimizzazione della chirurgia ricostruttiva

Ogni anno in Nord America, a oltre tre milioni di persone viene diagnosticato un cancro della pelle diverso dal melanoma e, in media, il 40% di loro svilupperà lesioni al naso che necessitano di amputazione. Sebbene la procedura sia essenziale in quanto può salvare la vita, richiede la rimozione permanente della cartilagine nasale, spesso lasciando i pazienti affetti con cicatrici e deturpazione del viso.

Inoltre, dato che le cellule nasali sono scarsamente vascolarizzate, non sono in grado di rigenerarsi come quelle in altre parti del corpo, quindi gli innesti vengono solitamente prelevati dalle costole di un paziente, il che può causare complicazioni. “Quando i chirurghi ristrutturano il naso, è dritto, ma quando si adatta al suo nuovo ambiente, attraversa un periodo di rimodellamento dove si deforma”, spiega Adesida. “Visivamente, questo è un problema.”

Il compartimento costale è anche un’area altamente sensibile dell’anatomia umana e la chirurgia potrebbe mettere quei pazienti con un polmone collassato a rischio di infezione o addirittura di morte. Al fine di rendere il trapianto meno pericoloso, gli scienziati della U of A propongono quindi che gli innesti cellulari specifici del paziente possano essere progettati con precisione, per creare tessuti nasali realistici ma robusti.

In precedenza, il team era riuscito a seminare condrociti nasosettali umani (hNC) su scaffold di collagene, ma le cellule risultanti erano limitate nella loro forma e distribuzione. Nel nuovo studio dei ricercatori, tuttavia, hanno ora scoperto che il bioprinting fornisce l’accuratezza necessaria per ottenere tessuti omogenei, anche se solo se utilizzato con un bioinchiostro personalizzato per fornire strutture cellulari vitali.

Dato che il collagene di tipo I è naturalmente biocompatibile e ha ricevuto un’ampia approvazione clinica, viene spesso utilizzato nella creazione di tessuti cartilaginei, ma la sua bassa viscosità ne limita la stampabilità. Per ovviare a questo, gli scienziati hanno adottato un approccio “FRESH” o incorporamento reversibile a forma libera di idrogel sospeso, che prevede la premiscelazione delle cellule con il collagene, prima di incubare la formula all’interno di un supporto di gelatina.

Nel tempo, il supporto si scioglie lentamente, lasciando una struttura combinata che può essere successivamente integrata con fattori condrogenici solubili, per favorirne la crescita. L’approccio ingegneristico in vitro del team si è rivelato vantaggioso, poiché ha consentito loro di monitorare da vicino gli elementi chiave dello sviluppo della cartilagine, rendendola “pronta per la chirurgia” una volta terminata.

Utilizzando il loro modello FRESH, gli scienziati sono stati infine in grado di fabbricare strutture porose a forma di naso, che sono cresciute in tessuti che erano statisticamente indifferenti dalle loro controparti native in sole 6 settimane. L’imaging SEM ha anche rivelato che le strutture avevano una vitalità cellulare del 95%, con i ricercatori che hanno osservato che avevano una “stretta somiglianza strutturale” con la cartilagine umana convenzionale.

Tuttavia, nonostante la promessa iniziale mostrata dai loro impianti, il team ha ammesso che l’integrazione post-trapianto rimane difficile da prevedere e richiede ulteriori studi. Di conseguenza, gli scienziati stanno ora valutando se la loro cartilagine coltivata in laboratorio mantiene le sue proprietà dopo l’impianto animale, con l’obiettivo di entrare in studi sull’uomo tra 2-3 anni.

Solo negli ultimi dodici mesi, gli scienziati hanno implementato la bioprinting 3D per produrre un’ampia varietà di scaffold cellulari, ognuno dei quali è stato personalizzato per attaccare diversi elementi di crescita tumorale. Alla Washington State University (WSU), i ricercatori hanno sviluppato uno scaffold osseo infuso di soia stampato in 3D , che è in grado di combattere le cellule cancerose.

L’approccio del team WSU ha causato una riduzione dell’infiammazione all’interno dei campioni, dandogli il potenziale come trattamento più delicato per aiutare i giovani malati di cancro dell’osteosarcoma. Allo stesso modo, un team di ricerca guidato dalla Spagna ha recentemente formulato un idrogel che genera cellule T , che può essere stampato in 3D su tessuti che imitano i comportamenti dei linfonodi che combattono il cancro.

Gli scienziati della Nagoya City University , nel frattempo, sono riusciti a bioprintare in 3D un sistema di somministrazione di farmaci utilizzando un idrogel polimerico a base di gelatina di pesce. I cerotti impiantabili possono essere caricati con la doxorubicina liposomiale PEGilata per il trattamento del cancro, rendendolo potenzialmente ideale per la somministrazione di nanomedicina anche in altre aree.

I risultati dei ricercatori sono dettagliati nel loro documento intitolato ” Bioprinting of human nasoseptal chondrocytes collagen hydrogel for cartilage tissue engineering “. La ricerca è stata co-autrice di Xiaoyi Lan, Yan Liang, Esra JN Erkut, Melanie Kunze, Aillette Mulet ‐ Sierra, Tianxing Gong, Martin Osswald, Khalid Ansari, Hadi Seikaly, Yaman Boluk e Adetola B. Adesida.

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