I RICERCATORI SI AVVICINANO AGLI ORGANI STAMPATI IN 3D CON IL NUOVO BIOINK CARICO DI CELLULE
Composto da una combinazione di alginato derivato da alghe e tessuto polmonare, il bioink consente di stampare in 3D costrutti biocompatibili che assomigliano a vie aeree di dimensioni umane. Una volta stampati, i costrutti supportano la crescita di nuove cellule e vasi sanguigni nel materiale trapiantato.
Mentre il tessuto polmonare era al centro dello studio iniziale, il bioink può essere adattato a qualsiasi tipo di tessuto o organo.
Pertanto, i ricercatori, guidati dal professore associato e autore senior dello studio Darcy Wagner, ritengono che il loro lavoro identifichi una nuova promettente classe di bioink per la stampa 3D di tessuti umani funzionali per il trapianto.
Wagner e il suo team hanno iniziato combinando l’alginato derivato dalle alghe con una matrice extracellulare prelevata dal tessuto polmonare per formare il bioink. Il bioink è stato quindi caricato con cellule staminali trovate nelle vie aeree umane e stampato in 3D per formare costrutti di tessuto complessi e meccanicamente stabili che imitavano queste vie aeree.
“Abbiamo iniziato in piccolo fabbricando piccoli tubi, perché questa è una caratteristica che si trova in entrambe le vie aeree e nel sistema vascolare del polmone”, ha detto Wagner. “Utilizzando il nostro nuovo bioink con cellule staminali isolate dalle vie aeree del paziente, siamo stati in grado di bioprintare piccole vie aeree che avevano più strati di cellule e sono rimaste aperte nel tempo”.
I costrutti stampati in 3D includevano tubi perfusibili e strutture ramificate che si estendevano sulle scale di lunghezza anatomica del tessuto umano e che non richiedevano strutture di supporto esterne. La presenza della matrice extracellulare all’interno del bioink ha contribuito a migliorare la sopravvivenza delle cellule progenitrici umane – discendenti di cellule staminali che si differenziano ulteriormente per creare tipi cellulari specializzati – durante il processo di bioprinting per consentire la differenziazione cellulare tessuto-specifica e la vascolarizzazione dell’impianto all’interno del sito di trapianto.
Per il sito del trapianto, il team ha utilizzato un modello murino che somigliava molto all’immunosoppressione utilizzata nei pazienti sottoposti a trapianto di organi. L’immunosoppressione si riferisce allo stato in cui il tuo sistema immunitario non funziona come dovrebbe, il che può essere causato da procedure mediche come questa.
Secondo Wagner, i costrutti stampati in 3D formati dal bioink sviluppato hanno soppresso la risposta del corpo estraneo, erano pro-angiogenici e hanno supportato la formazione dei vasi sanguigni. Questo è il risultato della capacità del bioink di mantenere la sua attività biologica sia durante che dopo il processo di stampa.
“Questi bioink di prossima generazione supportano anche la maturazione delle cellule staminali delle vie aeree in più tipi di cellule che si trovano nelle vie aeree umane adulte, il che significa che è necessario stampare meno tipi di cellule, semplificando i numeri degli ugelli necessari per stampare tessuti composti da più tipi di cellule”, lei spiegò.
La stampa 3D ad alta risoluzione è la risposta
Affinché Wagner e il suo team possano continuare ad avanzare e migliorare il loro bioink di recente sviluppo, la risoluzione del bioprinting 3D deve essere ulteriormente migliorata. La stampa a risoluzione più elevata consentirebbe ai ricercatori di stampare in 3D più tessuto polmonare distale e alveoli, che sono vitali per lo scambio di gas, e di avvicinare alla realtà i polmoni stampati completamente in 3D.
“Ci auguriamo che ulteriori miglioramenti tecnologici delle stampanti 3D disponibili e ulteriori progressi del bioink consentano il bioprinting a una risoluzione più elevata al fine di progettare tessuti più grandi che potrebbero essere utilizzati per il trapianto in futuro”, ha affermato. “Abbiamo ancora molta strada da fare.”
Martina De Santis, prima autrice dello studio, ha aggiunto: “Lo sviluppo di questo nuovo bioink è un significativo passo avanti, ma è importante convalidare ulteriormente la funzionalità delle piccole vie aeree nel tempo ed esplorare la fattibilità di questo approccio in grande modelli animali. “
Maggiori informazioni sullo studio possono essere trovate nel documento intitolato “Extracellular-Matric-Reinforced Bioinks for 3D Bioprinting Human Tissue” , pubblicato sulla rivista Advanced Materials. Lo studio è stato co-autore di M. De Santis, H. Alsafadi, S. Tas, D.Bölükbas, S. Prithiviraj, I. Da Silva, M. Mittendorfer, C.Ota, J. Stegmayr, F. Daoud, M Königshoff, K. Swärd, J. Wood, M. Tassieri, P. Bourgine, S. Lindstedt, S. Mohlin e D. Wagner.
