GLI SCIENZIATI DI EL PASO CONSEGNERANNO ALLA ISS CUORI IN MINIATURA BIOPRINTED 3D
Ricercatori biomedici del Centro di scienze della salute della Texas Tech University El Paso (TTUHSC El Paso) e dell’Università del Texas a El Paso (UTEP) stanno collaborando allo sviluppo di mini-cuori artificiali usando la tecnologia di bioprinting 3D per lo spazio.
Queste strutture del tessuto cardiaco saranno inviate alla Stazione Spaziale Internazionale (ISS) per ottenere informazioni su come la microgravità influisce sulla funzione del cuore umano, in particolare per quanto riguarda le condizioni di salute note come atrofia cardiaca.
Il “mini-cuore artificiale”, altrimenti noto come organoide cardiaco, sarà prodotto utilizzando una combinazione di cellule staminali umane e bioprinting 3D. Il progetto, iniziato a settembre 2019, prenderà corso nei prossimi tre anni. È finanziato dalla National Science Foundation (NSF) e dal US Laboratory della stazione spaziale.
Lo scienziato della facoltà del TTUHSC El Paso Munmun Chattopadhyay, Ph.D., ricercatore del progetto, afferma:
“LE CONOSCENZE RACCOLTE DA QUESTO STUDIO POTREBBERO ESSERE UTILIZZATE PER SVILUPPARE TECNOLOGIE E STRATEGIE TERAPEUTICHE PER COMBATTERE MEGLIO L’ATROFIA DEI TESSUTI SPERIMENTATA DAGLI ASTRONAUTI, NONCHÉ APRIRE LE PORTE A TRATTAMENTI MIGLIORI PER LE PERSONE CHE SOFFRONO DI GRAVI PROBLEMI CARDIACI A CAUSA DI MALATTIE”.
In che modo la microgravità influenza i nostri cuori?
I ricercatori che prendono parte al progetto sono il Dr. Chattopadhyay e l’ingegnere biomedico UTEP Binata Joddar, Ph.D. Il dott. Chattopadhyay è professore associato presso il Centro di enfasi sul diabete e sul metabolismo del TTUHSC El Paso, parte del dipartimento di medicina molecolare e traslazionale della Scuola di medicina Paul L. Foster. Il dott. Joddar è professore associato presso l’Università di ingegneria UTEP e conduce ricerche nel laboratorio di ingegneria dei materiali ispirati all’università e dei materiali basati su cellule staminali.
Insieme, i ricercatori collaboreranno alla bioprint 3D di piccoli organoidi cardiaci utilizzando cellule staminali umane. Queste strutture del tessuto cardiaco saranno quindi inviate alla ISS, dove saranno esposte all’ambiente quasi senza peso della stazione spaziale in orbita. I ricercatori sperano che ciò fornisca una migliore comprensione dell’atrofia cardiaca, che è una riduzione e un indebolimento del tessuto cardiaco, con conseguente difficoltà a pompare il sangue nel corpo. Questa condizione colpisce comunemente gli astronauti che trascorrono lunghi periodi di tempo in microgravità, il che provoca problemi significativi in quanto un muscolo cardiaco indebolito può portare a sintomi come svenimenti, battito cardiaco irregolare, problemi alle valvole cardiache e persino insufficienza cardiaca.
“L’atrofia cardiaca e una condizione correlata, la fibrosi cardiaca, è un grosso problema nella nostra comunità. Le persone che soffrono di malattie come il diabete, la distrofia muscolare e il cancro e condizioni come la sepsi e l’insufficienza cardiaca congestizia, spesso soffrono di disfunzione cardiaca e danni ai tessuti “, commenta il dott. Chattopadhyay.
La prima fase del progetto si concentrerà sul design della ricerca. Durante questa fase, che si svolgerà nel corso del primo anno, il Dr. Joddar utilizzerà la stampa 3D per fabbricare gli organoidi cardiaci. Ciò si otterrà accoppiando le cellule cardiache in rapporti fisiologici per imitare il tessuto cardiaco. Passando al secondo anno, i ricercatori prepareranno il carico utile organoide per un lancio di missili e una missione nello spazio. Il terzo e ultimo anno del progetto sarà incentrato sull’analisi dei dati dell’esperimento una volta che gli organoidi saranno tornati sulla Terra.
Inoltre, il progetto del Dr. Chattopadhyay e del Dr. Joddar fornirà un’opportunità educativa per la comunità di El Paso. Verrà istituito un seminario per gli studenti del K-12 che coinvolge giovani menti nell’area locale intorno all’argomento dell’ingegneria dei tessuti, con particolare attenzione ai progetti in corso sulla stazione spaziale. Sarà inoltre previsto un seminario per studenti di medicina, stagisti e residenti per consentire una discussione sui benefici e le sfide della transizione della ricerca dai laboratori terrestri nello spazio.
Il progetto di ricerca collaborativa TTUHSC El Paso e UTEP è una delle sole cinque proposte di ricerca selezionate da NSF e ISS National Lab nel 2019 come parte della collaborazione delle organizzazioni sul finanziamento della ricerca nell’ingegneria dei tessuti. L’NSF ha assegnato al Dr. Chattopadhyay $ 256,892 e al Dr. Joddar $ 259,350 per i loro ruoli nel progetto.
Numerosi progetti di ricerca sulla bioprinting 3D hanno avuto luogo a bordo della ISS, poiché le aziende e le organizzazioni cercano di comprendere meglio come il volo spaziale influisce sugli astronauti.
Ad esempio, il laboratorio di ricerca biotecnologica russo 3D Bioprinting Solutions ha sviluppato il suo organo Bioprinter 3D magnetico per studiare come gli organismi viventi sono influenzati dai lunghi voli nello spazio . Nel 2018, è stato consegnato alla ISS a bordo del veicolo spaziale con equipaggio Soyuz MS-11 a seguito di un precedente lancio fallito dal volo spaziale Soyuz MS-10 . Alla fine del 2019 è stato annunciato che la società è stata in grado di eseguire la bioprint 3D del tessuto osseo a gravità zero a bordo della ISS utilizzando Organ.Aut. L’esperimento fa parte di un piano per la creazione di protesi ossee per il trapianto di astronauti durante spedizioni interplanetarie a lungo termine.
Inoltre, la bioprinter 3D BioFabrication Facility (BFF) di nScrypt , un produttore di sistemi di stampa 3D con sede in Florida, e Techshot, sviluppatore di apparecchiature per i voli spaziali, è a bordo della ISS. Consegnato alla ISS a bordo della missione cargo SpaceX CRS-18 nel 2019, il sistema è in grado di produrre tessuti umani in condizioni di microgravità . È stato inviato alla ISS per facilitare la produzione di tessuti autoportanti che potrebbero portare allo sviluppo di trattamenti terapeutici.