Un nuovo approccio alla biostampa 3D per la realizzazione di innesti gengivali su misura grazie all’intelligenza artificiale
Un gruppo di ricercatori della National University of Singapore (NUS) ha sviluppato un metodo innovativo per produrre innesti gengivali personalizzati mediante la combinazione tra biostampa tridimensionale e tecniche di intelligenza artificiale (IA). Questo nuovo approccio mira a semplificare e rendere più efficiente la produzione di tessuti molli compatibili con l’anatomia individuale del paziente, riducendo la necessità di interventi chirurgici invasivi, come il prelievo di tessuto dalla bocca per l’autotrapianto.
I risultati di questo lavoro sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Advanced Healthcare Materials.
Obiettivo: sviluppare innesti biocompatibili su misura
Il progetto nasce con l’intento di creare una soluzione terapeutica personalizzabile per il trattamento di difetti parodontali e di complicazioni legate agli impianti dentali. La sfida principale è stata quella di progettare un innesto che non solo fosse biocompatibile, ma anche sufficientemente stabile dal punto di vista meccanico, senza compromettere la capacità delle cellule di aderire, proliferare e mantenersi vitali nel tempo.
Per raggiungere questo scopo, i ricercatori hanno sviluppato un bioinchiostro specifico, progettato per sostenere la vitalità cellulare e fornire al tempo stesso la robustezza strutturale necessaria a mantenere la forma del tessuto stampato durante e dopo il processo.
L’ottimizzazione dei parametri di stampa: da processo manuale a flusso automatizzato
Uno degli ostacoli principali nella produzione tramite biostampa 3D riguarda la calibrazione dei parametri operativi, come la pressione di estrusione, la velocità di stampa, il diametro dell’ugello e la temperatura di lavorazione. In assenza di automazione, questa fase richiede numerosi tentativi ed errori, che comportano consumi elevati di tempo e risorse.
Per semplificare questa fase critica, il team di ricerca ha integrato un sistema di ottimizzazione basato su intelligenza artificiale nel flusso di lavoro. Il professor Dean Ho, a capo del Dipartimento di Ingegneria Biomedica della NUS e coautore dello studio, ha spiegato che l’adozione dell’IA ha permesso di ridurre drasticamente il numero di esperimenti necessari per calibrare il processo, passando da migliaia di combinazioni possibili a sole 25, selezionate sulla base di un modello predittivo intelligente.
Il professor Ho, che dirige anche l’Institute for Digital Medicine (WisDM) e l’N.1 Institute for Health presso la NUS, ha evidenziato come questa ottimizzazione permetta di accorciare i tempi di sviluppo e migliorare la ripetibilità del processo, rendendolo più compatibile con esigenze cliniche reali.
L’importanza della biostampa nei tessuti orali: sfide e potenzialità
Il professore associato Gopu Sriram, co-leader del gruppo di lavoro sulle applicazioni della stampa 3D in campo dentale e craniofacciale presso il NUS Centre for Additive Manufacturing (AM.NUS), ha sottolineato come la stampa di tessuti viventi comporti complessità ben maggiori rispetto alla stampa 3D convenzionale. Oltre alle difficoltà tecniche legate alla manipolazione di materiali biologici, è necessario garantire che le cellule rimangano vitali e attive durante l’intero processo.
Secondo il team, l’adozione dell’intelligenza artificiale in questo contesto non si limita a un semplice supporto tecnico, ma diventa un elemento strategico per la medicina personalizzata, consentendo la creazione di innesti adattabili all’anatomia specifica del singolo paziente.
Risultati promettenti sul piano biologico e strutturale
I tessuti prodotti con il nuovo metodo hanno dimostrato una vitalità cellulare superiore al 90%, mantenendo la loro integrità strutturale per diverse settimane. Le analisi istologiche condotte successivamente hanno confermato la presenza di una struttura multistrato ben organizzata, accompagnata dall’espressione di marcatori proteici rilevanti, indicativi di una corretta maturazione del tessuto.
Questi risultati suggeriscono che il metodo sviluppato ha le caratteristiche necessarie per essere considerato un’opzione valida per applicazioni cliniche, con un potenziale impatto sul trattamento di varie patologie del cavo orale.
Verso applicazioni più ampie nella rigenerazione dei tessuti molli
L’assistente professor Sriram ha inoltre osservato che, grazie alla precisione offerta dalla biostampa, è possibile ottenere innesti che si adattano esattamente alla dimensione e forma della lesione del paziente. Questo livello di adattamento permette di eliminare o ridurre la necessità di prelievi di tessuto autologo, evitando procedure chirurgiche aggiuntive e migliorando il comfort del paziente.
Il dottor Jacob Chew, parodontologo e co-investigatore dello studio, ha aggiunto che la possibilità di personalizzare con precisione l’innesto consente di limitare tensioni e deformazioni durante la fase di chiusura della ferita, con benefici evidenti in termini di riduzione delle complicazioni, dei tempi chirurgici e del dolore post-operatorio.
Prospettive future e potenziali sviluppi
Il gruppo di ricerca intende ora proseguire con studi preclinici su larga scala, finalizzati a confermare la sicurezza e l’efficacia della tecnica in condizioni cliniche reali. Tra gli obiettivi a medio termine vi è anche l’integrazione di tecniche di stampa multi-materiale, per ottenere tessuti con vascolarizzazione integrata, condizione essenziale per applicazioni più avanzate in medicina rigenerativa.
Il metodo proposto non si limita alle applicazioni odontoiatriche. I ricercatori ipotizzano che, con opportune modifiche, esso possa essere esteso ad altri contesti clinici in cui è richiesta la rigenerazione di tessuti molli complessi, come nella chirurgia plastica, nella ricostruzione facciale o nella terapia delle lesioni croniche della pelle.
