Pelle stampata in 3D? Potenziale nuovo trattamento per le ferite croniche
La medicina rigenerativa è l’insieme di interventi che riportano alla normale funzione tessuti e organi che sono stati danneggiati da malattie, traumi o logorati dal tempo. Includo uno spettro completo di farmaci chimici, genetici e proteici, terapie cellulari e interventi biomeccanici che raggiungono questo obiettivo.
Le ferite sono disponibili in molte forme e dimensioni. Alcuni sono piccoli e guariscono rapidamente, causando pochi problemi. Altri sono più grandi e più lenti a guarire. Le ferite profonde che impiegano particolarmente tempo per passare attraverso il normale processo di guarigione, chiamate ferite croniche, sono particolarmente preoccupanti; questi hanno la tendenza a riaprirsi e sono spesso accompagnati da infezioni e, infine, cicatrici. Aggiungete a questo il fatto che le ferite croniche sono difficili da trattare con le terapie attualmente disponibili e vi ritroverete con una seria sfida sanitaria.
I ricercatori dell’Università di Birmingham e dell’Università di Huddersfield hanno utilizzato una tecnica di ingegneria dei tessuti emergente per sviluppare un nuovo metodo di trattamento per le ferite croniche. In un articolo pubblicato su APL Bioengineering , Richard Moakes e altri . descrivono il processo attraverso il quale sono riusciti a stampare in 3D un equivalente cutaneo funzionale che può essere inserito nelle ferite per accelerare il recupero.
La nostra pelle è composta da tre strati: l’epidermide, il derma e l’ipoderma (Figura 1). L’epidermide è lo strato più esterno e agisce come una sorta di armatura, proteggendo il nostro corpo dai danni. Al di sotto dell’epidermide troviamo il derma. Questo è diviso in due parti, un sottile strato superiore chiamato derma papillare, e il derma reticolare, uno spesso strato inferiore; non esiste una chiara demarcazione tra questi due strati, nel senso che si sovrappongono e si intersecano. Infine, fino in fondo, c’è l’ipoderma. Questo strato è costituito da tessuto connettivo spesso e tessuto adiposo adiposo.
La natura complessa e in tre parti della nostra pelle è la ragione principale per cui è così difficile creare un equivalente della pelle funzionale, con la maggior parte dei tentativi che non riescono a catturare con precisione le sottili differenze e sfumature tra ogni strato.
menzionare che i trattamenti precedenti sono generalmente caduti lungo uno dei due approcci: un approccio biologico o un approccio di scienza dei materiali. Entrambi hanno visto progressi significativi negli ultimi anni. Anche così, sono ancora inferiori.
Il percorso della scienza dei materiali ha prodotto analoghi con somiglianza meccanica, nel senso che sono strutturalmente simili e “si comportano” in modi simili alla pelle reale, ma non riescono a fornire i segnali biologici necessari per la rapida chiusura della ferita e la rigenerazione del tessuto danneggiato.
L’approccio biologico, a sua volta, si è concentrato sull’utilizzo delle cellule come elementi costitutivi dei costrutti. Ciò si traduce in una somiglianza biologica preservata, ma in un’inesattezza strutturale; i modelli basati su cellule tendono ad essere ordini di grandezza troppo sottili per supportare le funzioni previste. Sono stati fatti tentativi per aggirare questo problema attraverso l’uso di “impalcature”. Queste sono strutture tridimensionali che organizzano e trattengono le cellule in modi che simulano più da vicino la pelle reale. Tuttavia, gli scaffold sono nel complesso troppo uniformi per ricreare completamente la complessità meccanica riscontrata nei tre strati della nostra pelle.
C’è un terzo approccio che sta prendendo piede negli ultimi anni: la produzione additiva a strati sospesi (SLAM). SLAM si basa molto sulla stampa 3D, il processo di creazione di oggetti 3D mediante la posa di molti strati sottili di materiale uno sopra l’altro.
Proprio come il tuo computer da ufficio medio richiede inchiostro, così anche le stampanti 3D. Nel caso della stampa 3D, l'”inchiostro” è il materiale —che sia plastica, metallo, ecc.— di cui verrà realizzata la struttura finale. Quando stampano analoghi tissutali, i ricercatori creano un “bioinchiostro” composto dai tipi di cellule che stanno cercando di imitare. In questo caso Moakes et al. utilizzato pectina e collagene, regolando il rapporto della miscela per ogni strato di pelle.
La maggior parte dei bioink deve essere altamente viscosa per sostenersi durante il processo di polimerizzazione. Ciò significa anche che devono curare molto rapidamente, spesso in pochi secondi. Entrambi i fattori creano limitazioni che in precedenza hanno limitato la complessità degli equivalenti tissutali che le ricerche potrebbero produrre.
SLAM risolve questo problema sospendendo il bioinchiostro in un serbatoio di gel fluido (Figura 2). I gel fluidi si deformano facilmente, il che significa che la testina di stampa può attraversarli senza difficoltà, ma tornano rapidamente nella loro posizione originale, consentendo al bioinchiostro di essere intrappolato nella posizione prevista senza perdite. I gel fluidi consentono al bioinchiostro di essere supportato da qualcosa di diverso da se stesso, il che significa che può avere una viscosità inferiore e impiegare più tempo per polimerizzare. La minore viscosità del bioink permette ai diversi strati di penetrare l’uno nell’altro, eliminando la necessità di strati rigidamente predefiniti e, invece, creando un gradiente naturale. Tutto sommato, ciò consente progetti e strutture molto più complessi.
Dopo aver utilizzato SLAM per produrre un equivalente cutaneo a tre strati, i ricercatori ne hanno testato l’utilità come impianto per il trattamento delle ferite. Hanno simulato una ferita praticando un foro nel tessuto di maiale. Sebbene le ferite simulate non rispecchino necessariamente le ferite croniche, Moakes et al. l’ha usato come un’occasione per testare l’integrazione e la deformazione architettonica dell’impianto. Si è comportato molto bene su entrambi i fronti.
La struttura cutanea mostrava segni di integrazione già 7 giorni dopo l’impianto (Figura 3), anche a livello ipodermico. Ciò è particolarmente degno di nota poiché studi recenti hanno dimostrato che la guarigione delle ferite avviene dal basso verso l’alto: dallo strato più profondo verso la superficie.
Questo studio non solo si rivela un entusiasmante passo avanti verso lo sviluppo di un nuovo metodo di trattamento per le ferite croniche, ma offre anche la possibilità di un approccio veramente su misura. Dopotutto, ogni impianto cutaneo potrebbe essere adattato alla ferita in questione, garantendo il miglior adattamento possibile e la guarigione più rapida possibile.
William A. Haseltine
