I RICERCATORI LLNL STAMPANO IN 3D IL PRIMO ANEURISMA VIVENTE IN ASSOLUTO PER SVILUPPARE TRATTAMENTI PERSONALIZZATI
I ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory , Duke University , e Texas A & M , hanno bioprinted con successo la prima volta aneurisma essere in grado di vivere al di fuori del corpo umano.
Il team guidato dall’LLNL ha creato il loro aneurisma stampando in 3D vasi sanguigni da cellule cerebrali umane e ha scelto di eseguire una procedura medica su di esso, per osservare come sarebbe guarito. Secondo i ricercatori, le loro scoperte potrebbero essere combinate con metodi di modellazione computerizzata, per sviluppare trattamenti specifici per il paziente per le emergenze cerebrali, basati interamente sulla geometria dei vasi sanguigni di un individuo.
“Avere questa robusta piattaforma di test in vitro sull’uomo potrebbe aiutare a facilitare nuovi trattamenti”, ha affermato Monica Moya, ricercatrice principale del progetto. “Se riusciamo a replicare gli aneurismi quanto ne abbiamo bisogno con questi dispositivi, potremmo aiutare ad accelerare alcuni di questi prodotti nella clinica.”
“SEBBENE CI SIANO MOLTE OPZIONI DI TRATTAMENTO PROMETTENTI, ALCUNE HANNO ANCORA MOLTA STRADA DA FARE.”
Gli aneurismi sono essenzialmente emergenze mediche in cui i vasi sanguigni arteriosi di una persona iniziano a “gonfiarsi” nel cervello, causando un’emorragia subaracnoidea (SAH). La condizione è causata da un indebolimento genetico anormale del vaso sanguigno che colpisce circa un americano su cinquanta e può portare a gravi danni cerebrali o addirittura alla morte se questo “palloncino” esplode.
Il clipping chirurgico è il trattamento standard per gli aneurismi, un processo in cui una clip viene posizionata attorno all’area interessata per isolarla dal flusso sanguigno principale, ma la procedura è altamente invasiva. Nei casi in cui il rigonfiamento si verifica all’interno di una regione inaccessibile del cervello, il trattamento endovascolare con bobine di platino è diventato un’alternativa sempre più popolare.
L’imballaggio di queste bobine in un aneurisma consente la formazione di un coagulo di sangue, che impedisce ulteriori danni e, in alcuni casi, la procedura porta anche alla ricrescita cellulare. Oltre ad essere meno invasivi, i rimedi basati su bobina sono più economici, offrono tempi di recupero più brevi e causano meno complicazioni rispetto ai tradizionali approcci di clipping chirurgico.
Il successo delle bobine di platino ha portato vari scienziati a tentare di ottimizzarle, ma finora si è rivelato difficile prevedere i risultati per i nuovi dispositivi. Studi precedenti hanno modellato le prestazioni delle bobine su forme generiche di aneurisma o hanno utilizzato modelli animali, ma i trattamenti non si sono dimostrati cross-compatibili.
“I modelli animali non sono necessariamente il modo migliore per provare queste opzioni”, ha spiegato Moya. “Mancano dell’osservazione diretta degli effetti del trattamento e hanno geometrie di aneurisma incontrollabili”.
Al fine di monitorare efficacemente gli effetti curativi dei dispositivi endovascolari a spirale, il team ha proposto che potrebbero essere testati su modelli bioprintati realizzati invece da cellule umane. Inoltre, se questi aneurismi fossero stati creati per essere identici a un modello computerizzato, i ricercatori ritenevano che potessero essere convalidati in modo più accurato e semplice di quanto sia attualmente possibile.
“Abbiamo pensato che se avessimo potuto accoppiare la modellazione computazionale e gli approcci sperimentali, forse avremmo potuto trovare un metodo più deterministico”, ha detto William Hynes, che ha guidato il progetto per il suo primo anno. “Ora possiamo iniziare a costruire la struttura di un modello personalizzato che un chirurgo potrebbe utilizzare”.
Il team LLNL ha stampato in 3D i vasi sanguigni dell’aneurisma additivo utilizzando un bioinchiostro sacrificale realizzato con un copolimero Poloxamer 407 e lo ha circondato con un idrogel a base di proteine a forma di cupola. Dopo la stampa, il sistema è stato raffreddato a soli 4 ° C, consentendo all’inchiostro di dissolversi e lasciando dietro di sé la struttura vascolare del team.
“QUESTA È UNA PIATTAFORMA IDEALE, PERCHÉ POSSIAMO EFFETTUARE QUESTE MISURAZIONI DEL FLUSSO CHE SAREBBERO INCREDIBILMENTE DIFFICILI DA EFFETTUARE SE LO FACESSI SU UN ANIMALE.”
Successivamente sono state introdotte cellule cerebrali umane per “rivestire” il modello e coltivate per nove giorni per consentire la crescita sia dei vasi che dell’aneurisma. I ricercatori hanno quindi distribuito due bobine utilizzando una tecnica di inserimento del microcatetere, posizionando la punta del dispositivo sul collo dell’aneurisma e attivandolo utilizzando un filo di spinta elettrolitico.
Utilizzando un approccio basato sulla microscopia, il team è stato in grado di osservare la procedura in tempo reale e ha notato che l’endotelio aveva iniziato a guarire da solo poco dopo i test. In futuro, i ricercatori ritengono che il loro approccio alla stampa 3D potrebbe essere combinato con la modellazione computazionale, per consentire ai chirurghi di eseguire “cicli di prova” prima di eseguire un intervento chirurgico su un paziente reale.
“La cosa interessante è che questa piattaforma imita la compliance dei vasi sanguigni e la rigidità meccanica del tessuto cerebrale”, ha concluso Moya. “Questo lo rende ideale per essere utilizzato come piattaforma di formazione per chirurghi o come sistema di test in vitro per dispositivi di embolizzazione”.
Migliorare la comprensione cerebrale tramite la stampa 3D
Il cervello è l’organo più complesso del corpo umano e il trattamento delle malattie cerebrali rimane una sfida, ma i recenti progressi nel bioprinting hanno fornito sempre più informazioni su trattamenti più efficaci.
Un team di ricercatori della Tsinghua University ha strutture tissutali simili al cervello biostampate in 3D che sono in grado di nutrire le cellule neurali. Le reti cerebrali sono state integrate con successo nel cervello di un topo da laboratorio e hanno mostrato un grande potenziale come mezzo per testare i farmaci.
Allo stesso modo, gli scienziati dell’Università di Oxford e dell’Università cinese di Hong Kong , hanno creato un nuovo metodo di bioprinting , che ha permesso loro di capire meglio come si sviluppa il cervello umano. Il nuovo processo del team li ha visti stampare in 3D cellule corticali umane in un matrigel ECM morbido e biocompatibile in design di cellule sia naturali che innaturali.
Altrove, i ricercatori del Seoul National University Hospital e della Pohang University of Science and Technology , hanno bioprintato dispositivi “glioblastoma-on-a-chip” per comprendere meglio le cellule tumorali. Gli aggeggi cellulari del team hanno permesso loro di creare un modello predittivo per determinare l’efficacia di alcuni farmaci per il glioblastoma.
I risultati dei ricercatori sono descritti in dettaglio nel loro documento intitolato ” Bioprinting tridimensionale della struttura del tessuto portatore di aneurisma per il dispiegamento endovascolare delle bobine di embolizzazione “. Lo studio è stato scritto da Lindy K Jang, Javier A Alvarado, Marianna Pepona, Elisa M Wasson, Landon D Nash, Jason M Ortega, Amanda Randles, Duncan J Maitland, Monica L Moya e William F. Hynes.
