L’inventore del Segway spera di produrre in serie tessuti e organi umani
Con oltre 440 brevetti a, l’ingegnere e inventore americano Dean Kamen è alla ricerca di soluzioni tecnologiche per i problemi di assistenza medica e sociale sin da quando era un adolescente. Soprattutto noto come il creatore del Segway , un sistema di trasporto auto-bilanciante a due ruote che sta terminando la produzione dopo due decenni sul mercato senza mai raggiungere l’ampia accettazione da parte del consumatore, Kamen è già su qualcosa di nuovo: perseguire la produzione di massa di esseri umani organi e tessuti.
Risolvere alcuni dei problemi più difficili della sanità non è una novità per Kamen. Dopo aver fondato la sua prima azienda produttrice di dispositivi medici nel 1976 per produrre e commercializzare la prima pompa per infusione indossabile, ha continuato a lavorare con i principali ricercatori del diabete per farne da pioniere un’altra, questa volta una pompa per insulina portatile. Questo è stato seguito da un elenco continuo di invenzioni, tra cui nuove tecnologie per aiutare i pazienti con problemi renali allo stadio terminale, una sedia a rotelle per salire le scale e persino un sistema di protesi del braccio che consente a chi lo indossa di avere un controllo quasi naturale degli arti artificiali.
Tuttavia, nulla si avvicina alla sua ultima impresa: il potenziamento dell’ingegneria dei tessuti e, infine, la fabbricazione di organi umani. A tal fine, Kamen ha riunito oltre 100 organizzazioni pubbliche e private per sviluppare un ecosistema completamente nuovo e collaborativo per la medicina rigenerativa. Alla guida di un’organizzazione no profit nota come Advanced Regenerative Manufacturing Institute (ARMI), Kamen mira a riparare un campo frammentato di ingegneria dei tessuti che “manca di un quadro meccanicistico con cui tradurre la scoperta del laboratorio in prodotti fabbricati”.
“C’è così tanto lavoro che deve essere fatto all’intersezione tra ingegneria e medicina per creare un intero settore e dare alle persone un posto per gli organi, sia esso il fegato, il rene o il polmone”, ha detto Kamen due anni fa durante un discorso tenuto alla Tufts University, nel Massachusetts. “Ognuno dei problemi su cui lavoriamo è un grande bisogno che se non risolto e risolto presto, il mondo si ammalerà o la gente morirà. Deve esserci una tecnologia di base, e deve esserci una necessità, e se ci riusciremo, farà una grande differenza “.
L’organizzazione ha sede presso il Manchester Millyard del New Hampshire, un insieme di edifici ristrutturati che ospitano anche molte altre aziende di Kamen. ARMI è uno dei 14 siti sotto l’egida federale della rete di istituti regionali Manufacturing USA e del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti (DoD) che si concentra sulla catalizzazione di specifiche e promettenti aree tecnologiche avanzate di produzione.
Nel dicembre 2016, il DoD ha assegnato ad ARMI una sovvenzione di 80 milioni di dollari per la gestione del partenariato pubblico-privato BioFabUSA, lanciato a metà 2017. Il consorzio comprende oltre 150 aziende, istituzioni accademiche e organizzazioni senza fini di lucro che affermano di essere alla ricerca e alla costruzione delle attrezzature necessarie per produrre su larga scala organi da laboratorio.
Dalle startup di bioprinting come Cellink e Xylyx Bio alle istituzioni accademiche come l’ Università del Massachusetts Lowell , la Northwestern University , l’ Università del Vermont , l’ Università di Notre Dame e altre ancora, stanno tutti collaborando per supportare lo sviluppo delle capacità di produzione di tessuti e organi. Con i membri ammissibili al finanziamento, finora sono stati approvati oltre $ 33,3 milioni per progetti per la fabbricazione di prodotti medici di ingegneria tessutale.
“Sono sbalordito dalla fantascienza del 21 ° secolo fatta dagli scienziati nel campo della medicina rigenerativa. Sono altrettanto sbalordito dalla fantascienza nei loro laboratori, dove il lavoro manuale condotto dai tecnici ricorda il laboratorio di Louis Pasteur. È sorprendente che questi miracoli possano essere compiuti senza i moderni controlli di processo, robotica e sensori, ma questo campo avrà bisogno dell’ingegneria e della produzione del 21 ° secolo per maturare in un settore in grado di produrre tessuti approvati dalla FDA nella misura in cui sono necessari “, ha descritto Kamen, direttore esecutivo di BioFabUSA. “BioFabUSA costruirà la coalizione di industria, mondo accademico e governo che spero realizzerà ciò e consentirà il prossimo grande progresso là fuori.”
Mentre la missione di ARMI è rendere pratica la produzione su larga scala di tessuti ingegnerizzati e tecnologie relative ai tessuti, l’ambito tecnico per il lavoro di BioFabUSA include innovazioni in cinque aree di spinta:
Selezione, coltura e ingrandimento delle cellule
Selezione e ingrandimento dei biomateriali
Automazione e monitoraggio dei processi tissutali
Tecnologie di maturazione dei tessuti
Conservazione e trasporto dei tessuti.
A tale scopo, BioFabUSA afferma di integrare colture innovative di cellule e tessuti con i progressi della bioprinting 3D, automazione, robotica e tecnologie analitiche per creare strumenti di ricerca e sviluppo dirompenti e processi di produzione di volumi conformi alla FDA.
Gli istituti che aderiscono al gruppo ARMI-BiofabUSA hanno l’opportunità di lavorare insieme per sviluppare standard industriali e portare prodotti innovativi nella clinica e nel mercato, con l’obiettivo finale di fabbricare organi su richiesta in sala operatoria (OR).
“La comunità accademica e di ricerca e sviluppo commerciale ha svolto un lavoro straordinario promuovendo l’innovazione nel campo della medicina rigenerativa”, ha affermato Graham Chynoweth, mentore di avvio presso ARMI / BioFabUSA, quando l’Università del Vermont (UVM) ha aderito al consorzio di medicina rigenerativa di alto profilo su Gennaio 2018. “Ora è il momento di passare dalla produzione da banco e clinica alla produzione su scala commerciale. Sono necessari nuovi e diversi tipi di talenti e competenze per il successo di questa transizione. Siamo entusiasti che UVM unirà le nostre forze per sostenere questa transizione e sviluppare questa pipeline di talenti. “
Affermando di concentrarsi sulla creazione di innovazioni produttive all’avanguardia nella trasformazione di biomateriali e cellulari per le esigenze critiche di DoD e civili, uno dei progetti in fase di sviluppo presso BioFabUSA di ARMI è la piattaforma di produzione di prototipi di Tissue Foundry . Secondo ARMI, l’obiettivo a lungo termine di questo progetto è quello di costruire una linea di produzione modulare, flessibile, conforme GMP, chiusa e completamente automatizzata per tessuti ingegnerizzati.
Tuttavia, tutto ciò che sappiamo finora è che, a breve termine, il team si è concentrato sulla costruzione di un prototipo di sistema modulare di produzione per tessuti ingegnerizzati, che servirà a evidenziare lacune di capacità per affinare le aree di interesse di BioFabUSA. La linea è progettata per avere cinque moduli, che si concentreranno sulla coltura del pool di semi, la raccolta e il lavaggio delle cellule, la fabbricazione del ponteggio, la semina e la cultura del ponteggio e l’imballaggio finale del prodotto. In definitiva, la linea di produzione avrà un nucleo comune, ma sarà abbastanza modulare da consentire la produzione di una vasta gamma di costrutti di prodotti medicali ingegnerizzati e verrà utilizzata per la validazione dei processi, la produzione clinica in fase iniziale e costituirà la base per attività di trasferimento tecnologico. Prevediamo che saranno disponibili ulteriori informazioni una volta conclusa la conclusione del contratto quinquennale del DoD nel 2021.
Al DoD Manufacturing Institute, i partecipanti possono fare un tour di realtà virtuale della Tissue Foundry Line di ARMI, l’output della linea è questo costrutto osso-legamento-osso (Credit: ARMI / Rockwell Automation)
Questa è una delle molte attività di sviluppo necessarie per raggiungere l’obiettivo dell’organizzazione di una linea di produzione di tessuto scalabile, modulare automatizzata e chiusa. L’anno scorso, Kamen ha suggerito che il nuovo progetto Tissue Foundry potrebbe portare alla produzione di tessuti da testare sugli animali prima che gli studi clinici sull’uomo e sperassero che gli studi sugli animali potessero iniziare quest’anno.
Lavorando su questo progetto per quattro anni, molte aziende sono diventate membri di ARMI e hanno contribuito con tecnologia e finanziamenti. Ciò include lo sviluppatore del sistema di controllo industriale Rockwell Automation , che ha impegnato $ 10 milioni in ARMI per sviluppare modi per aumentare la produzione di nuove tecnologie per produrre tessuti, come la crescita della pelle artificiale per innesti. La società di medicina rigenerativa, CollPlant , ha fornito la sua esperienza nei bioink, basata sul suo rhCollagen, come elemento di base per i tessuti e gli organi di bioprinting 3D. Mentre Advanced Solutions con sede a Louisville – un altro membro ARMI con una filiale nel campus Millyard – ha fornito il suo robot a sei assi, la bioprinter 3D BioAssemblyBot ,costruire strutture biologiche , come la crescita di vasi sanguigni al di fuori del corpo umano. Un altro progetto divulgato viene da un team di ingegneri biomedici dell’Università di Boston , che ha progettato un prototipo di bioreattore monouso a basso costo in grado di far crescere tessuti compatibili con la linea di fabbricazione Tissue Foundry.
Bioreattore monouso a basso costo per il progetto ARMI Tissue Foundry (Credit: Boston University / DEKA R&D)
Oltre alla ricerca, BioFabUSA di ARMI si concentra anche sullo sviluppo della forza lavoro progettato per creare una nuova generazione di dipendenti per riempire posti di lavoro qualificati e ben pagati nella medicina rigenerativa che a malapena esistono oggi. In collaborazione con l’ Università del Minnesota e il suo impianto di bioprinting 3D, BioFabUSA sta sviluppando programmi educativi per supportare le abilità di bioprinting 3D necessarie per formare i futuri lavoratori. Questi programmi prevedono l’esposizione di giovani studenti alla stampa 3D, in particolare corsi di bioprinting mirati per corsi di laurea di due e quattro anni e scuola di specializzazione, istruzione per veterani e persino intensi corsi di seminari di una settimana per professionisti del settore. In effetti, uno dei vantaggi per studenti universitari e laureati nelle università che fanno parte dell’ecosistema BioFabUSA sono le opportunità di tirocinio e di impiego a loro disposizione.
Anche se molte informazioni sui progetti in corso presso ARMI-BioFabUSA non sono ancora state completamente divulgate, Kamen e i membri del consorzio sono convinti che, lavorando insieme, giocheranno un ruolo importante nel futuro della tecnologia medica per far avanzare il tessuto industria manifatturiera per curare alcune malattie, come diabete, insufficienza renale e perdita degli arti. Saremo alla ricerca di ulteriori informazioni in uscita da ARMI-BioFabUSA in futuro.
