Un nuovo materiale per la stampa 3D di modelli di pelle umana: la ricerca Empa su idrogel a base di gelatina di pesce
L’istituto di ricerca svizzero Empa sta sviluppando un approccio innovativo per la creazione di modelli di pelle umana da utilizzare in ambito biomedico. Il cuore del progetto è un idrogel realizzato a partire da gelatina estratta dalla pelle di pesci di acque fredde, un materiale che si è dimostrato adatto alla stampa 3D e che viene studiato per costruire tessuti cutanei tridimensionali in laboratorio.
L’obiettivo principale è quello di replicare fedelmente la complessa architettura della pelle umana, in modo da poter studiare in vitro le malattie cutanee e sperimentare potenziali terapie in un contesto controllato e realistico, senza dover ricorrere a test su esseri viventi.
Riprodurre la struttura della pelle: un compito tecnico complesso
La pelle umana è un tessuto costituito da più strati sovrapposti, ognuno con una precisa organizzazione cellulare e una funzione specifica. La riproduzione fedele di questa struttura richiede la creazione di un ambiente che simuli sia le cellule cutanee che la loro matrice extracellulare, ovvero quell’insieme di componenti – in prevalenza proteine e polisaccaridi – che fornisce supporto meccanico, coesione e capacità di comunicazione tra le cellule.
Gli idrogel rappresentano una delle soluzioni più promettenti per questo tipo di applicazioni, poiché possiedono la capacità di assorbire grandi quantità d’acqua, mantenendo al tempo stesso una compatibilità ottimale con le cellule viventi. La loro adattabilità alla stampa 3D consente di costruire geometrie complesse stratificate e di integrare diversi tipi cellulari in una singola struttura, avvicinandosi così al comportamento della pelle reale.
Un limite dei materiali esistenti: instabilità dimensionale
Uno degli ostacoli principali incontrati con gli idrogel convenzionali è la tendenza ad assorbire liquidi in eccesso durante la fase post-stampa. Questo fenomeno provoca un rigonfiamento incontrollato del materiale e una conseguente deformazione delle strutture stampate, compromettendo la precisione e la funzionalità del modello.
Il gruppo di ricerca guidato da Kongchang Wei ha sviluppato un nuovo tipo di idrogel per superare questo limite. Utilizzando gelatina derivata dalla pelle di pesci di acque fredde, il team è riuscito a ottenere un materiale che conserva la propria forma dopo la stampa grazie a un processo di reticolazione chimica controllata. Questo accorgimento consente all’idrogel di mantenere la stabilità dimensionale, pur rimanendo adatto alla coltura cellulare.
Stampa 3D come strumento di precisione nella biofabbricazione
Secondo il gruppo Empa, la stampa 3D gioca un ruolo essenziale nella costruzione di modelli cutanei funzionali. Questa tecnologia permette infatti di collocare le cellule in posizioni predefinite all’interno della matrice idrogel, seguendo schemi progettati digitalmente. È possibile così riprodurre con maggiore fedeltà la stratificazione della pelle, inserendo cellule differenti in punti precisi, proprio come accade nel tessuto naturale.
Il modello sviluppato mira a riprodurre non solo i due strati principali della pelle – epidermide e derma – ma anche la membrana basale, una sottile zona di transizione tra i due comparti, fondamentale per l’ancoraggio cellulare e la comunicazione interstrato. Per avvicinarsi ulteriormente a questa configurazione, i ricercatori stanno sperimentando anche l’utilizzo della tecnica dell’elettrofilatura (electrospinning), che permette di generare microfibre polimeriche simili a quelle presenti nella pelle reale.
Oltre la ricerca: possibili applicazioni cliniche
Il nuovo idrogel sviluppato da Empa potrebbe essere impiegato non solo nella ricerca su patologie cutanee, ma anche come materiale per bendaggi avanzati e medicazioni intelligenti. La gelatina di origine marina utilizzata nel composto è considerata vantaggiosa sotto il profilo immunologico, in quanto genera una risposta infiammatoria minore rispetto alla gelatina animale di origine terrestre, come quella bovina o suina.
Secondo quanto spiegato da Kongchang Wei, il materiale può essere modellato con precisione per adattarsi alle esigenze specifiche di ogni paziente, offrendo diverse opzioni in termini di spessore, consistenza e geometria. Inoltre, l’idrogel può potenzialmente incorporare principi attivi o farmaci direttamente nella sua matrice, creando così un supporto capace di rilasciare trattamenti in modo localizzato e controllato nel tempo.
Un contributo alla ricerca internazionale
Il gruppo di ricerca ha depositato un brevetto relativo alla composizione e all’utilizzo del nuovo idrogel, con l’intento di condividerne i risultati con la comunità scientifica internazionale. L’obiettivo è favorire una maggiore comprensione dei meccanismi alla base delle malattie della pelle e sviluppare modelli di laboratorio più vicini alla realtà fisiologica.
Attraverso questa combinazione di materiali innovativi, tecnologie di stampa avanzate e un approccio multidisciplinare, Empa punta a fornire strumenti utili sia per la ricerca di base sia per l’applicazione clinica, contribuendo al progresso della medicina rigenerativa e della dermatologia sperimentale.
