Un gruppo di ricerca della Carnegie Mellon University ha ideato un metodo per biostampare interamente con materiali vivi, in particolare collagene e cellule umane, sistemi microfisiologici che riproducono la complessità dei tessuti reali. L’intento principale è creare modellazioni tissutali il più possibile aderenti alle condizioni biologiche naturali, superando gli schemi basati su materiali sintetici.
Tecnologia FRESH e materiali biologici
La tecnica FRESH (Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels) permette di depositare strati di idrogel contenenti proteine strutturali morbide con precisione micrometrica. Durante la stampa, le fibre di collagene vengono sospese in una matrice di supporto temporanea, che si rimuove al termine del processo, lasciando in opera una geometria definita e stabile. Questo approccio sfrutta esclusivamente componenti riconosciuti dal corpo umano, riducendo al minimo l’alterazione delle funzioni cellulari.
Limiti dei sistemi tradizionali
Finora, molti modelli “organi‐on‐a‐chip” e dripping system si basavano su silicone o plastiche ad alte prestazioni. Tali materiali garantiscono forme articolate e controllo dei flussi, ma risultano estranei all’ambiente biologico, influenzando la crescita, la migrazione e la comunicazione cellulare.
Precisione strutturale e supporto cellulare
Con il collagene come unico costituente, è possibile ottenere canali di diametro inferiore a 100 micrometri, comparabili ai vasi sanguigni naturali. Le cellule inserite nella matrice trovano un ambiente più familiare, in grado di sostenere processi di adesione e proliferazione con efficienza superiore rispetto ai substrati sintetici.
Esempi di biostampa vascolarizzata
Nella pubblicazione su Science Advances, il team mostra la realizzazione di tessuti complessi, tra cui una struttura ispirata al pancreas. Grazie alla rete di canali su scala capillare, i nutrienti scorrono in modo controllato, permettendo esperimenti di perfusione e test farmacologici con un realismo finora non raggiunto.
Applicazioni cliniche future
L’obiettivo a lungo termine prevede la produzione di tessuti impiantabili per cure di malattie croniche, come il diabete di tipo 1. Questi organoidi biostampati potrebbero integrarsi con i meccanismi di rigenerazione del paziente, offrendo alternative alle terapie basate su sostituti sintetici o su trapianti da donatori.
Sviluppo e condivisione delle piattaforme
Il progetto ha dato vita alla spin-off FluidForm Bio, che si occupa di perfezionare le procedure per applicazioni mediche e industriali. I protocolli di stampa e i parametri di reticolazione sono condivisi apertamente con la comunità scientifica, in modo da favorire estensioni della tecnologia a diversi tipi di tessuti e modelli di malattia.
Prospettive di ampliamento
Il team prevede di integrare altri componenti biologici, come proteoglicani e fattori di crescita, per avvicinare ulteriormente i modelli di laboratorio alle condizioni in vivo. Questa piattaforma di base potrà diventare uno strumento comune per la ricerca farmaceutica, la tossicologia e l’ingegneria tissutale, aprendo la strada a studi più approfonditi sulla fisiologia e sulle patologie umane.
