I ricercatori hanno stampato in 3D un dispositivo fisico in microscala per dimostrare un nuovo livello di controllo nella differenziazione diretta delle cellule staminali, migliorando la produzione di cardiomiociti.
Tutti gli esseri umani partono da una singola cellula che poi si divide per formare infine l’embrione. A seconda dei segnali inviati dalle loro cellule adiacenti, queste cellule divise vengono quindi sviluppate o differenziate in tessuti o organi specifici.
Nella medicina rigenerativa, controllare tale differenziazione in laboratorio è fondamentale in quanto le cellule staminali potrebbero essere differenziate per consentire la crescita di organi in vitro e sostituire le cellule adulte danneggiate, in particolare quelle con capacità di replica molto limitate, come il cervello o il cuore.
Un approccio comune che gli scienziati adottano quando differenziano le cellule staminali è quello di utilizzare stimolatori chimici. Sebbene questo metodo sia molto efficiente per creare un unico tipo di cellule, non ha la capacità di riprodurre la complessità degli organismi viventi, dove diversi tipi di cellule coesistono e collaborano per formare un organo.
In alternativa, ispirato al processo naturale di sviluppo cellulare, un altro metodo prevede il confezionamento di cellule staminali in piccoli aggregati cellulari, o sfere chiamate corpi embrioidi. Simile agli embrioni reali, l’interazione cellula-cellula nei corpi embrioidi è il motore principale della differenziazione. Dalla produzione di questi corpi embrioidi, si è scoperto che parametri come il numero di cellule, le dimensioni e la sfericità del corpo embrioide hanno influenzato i tipi di cellule che vengono prodotte.
Tuttavia, poiché gli scienziati non sono stati in grado di controllare questi parametri, hanno dovuto produrre laboriosamente un gran numero di corpi embrioidi e selezionare quelli specifici con caratteristiche adatte da studiare.
Per affrontare questa sfida, i ricercatori della Singapore University of Technology and Design (SUTD) si sono rivolti alla produzione additiva per controllare la differenziazione delle cellule staminali nei corpi embrioidi. Il loro studio di ricerca è stato pubblicato su Bioprinting .
Adottando un approccio multidisciplinare combinando i domini di ricerca della produzione 3D e delle scienze della vita, la studentessa PhD Rupambika Das e l’assistente professor Javier G. Fernandez hanno stampato in 3D diversi dispositivi fisici micro-scalati con geometrie finemente sintonizzate. Hanno utilizzato i dispositivi per dimostrare una precisione senza precedenti nella differenziazione diretta delle cellule staminali attraverso la formazione di corpi embrioidi (fare riferimento all’immagine). Nel loro studio, hanno regolato con successo i parametri per migliorare la produzione di cardiomiociti, cellule che si trovano nel cuore.
“Il campo della produzione additiva si sta evolvendo a un ritmo senza rivali. Stiamo assistendo a livelli di precisione, velocità e costi che erano inconcepibili solo pochi anni fa. Quello che abbiamo dimostrato è che la stampa 3D ha ora raggiunto il punto di accuratezza geometrica in cui era è in grado di controllare il risultato della differenziazione delle cellule staminali. E così facendo, stiamo spingendo la medicina rigenerativa ad avanzare ulteriormente parallelamente al ritmo accelerato dell’industria della produzione di additivi “, ha affermato Javier G. Fernandez, assistente ricercatore principale del SUTD.
“L’uso della stampa 3D in biologia è stato fortemente focalizzato sulla stampa di tessuti artificiali utilizzando cellule cariche di cellule, per costruire organi artificiali ‘pezzo per pezzo’. Ora, abbiamo dimostrato che la stampa 3D ha il potenziale per essere utilizzata in un approccio bio-ispirato in cui possiamo controllare le cellule in modo che crescano in un laboratorio proprio come crescono in vivo “, ha aggiunto il primo autore Rupambika Das, studente di dottorato di SUTD.
