American Chemical Society
Le malattie polmonari causano ogni anno la morte di milioni di persone in tutto il mondo. Le opzioni di trattamento sono limitate, e i modelli animali utilizzati per studiare queste malattie e testare farmaci sperimentali non sono sufficienti. Tuttavia, i ricercatori hanno descritto nel loro studio pubblicato su ACS Applied Bio Materials un importante progresso: la creazione di un inchiostro biologico a base di muco per la stampa 3D di tessuto polmonare. Questo sviluppo potrebbe un giorno contribuire a studiare e trattare malattie polmonari croniche.
Sebbene alcune persone affette da malattie polmonari ricevano trapianti, gli organi donatori sono sempre scarsi. Come alternativa, si possono utilizzare farmaci e altri trattamenti per gestire i sintomi, ma non esiste una cura per disturbi come la broncopneumopatia cronica ostruttiva e la fibrosi cistica. I ricercatori continuano a cercare farmaci migliori, spesso testandoli su roditori. Tuttavia, questi modelli animali possono catturare solo parzialmente le complessità delle malattie polmonari negli esseri umani e potrebbero non prevedere accuratamente la sicurezza e l’efficacia dei nuovi farmaci. Nel frattempo, i bioingegneri stanno esplorando la produzione di tessuto polmonare in laboratorio, sia come modello più accurato per studiare i polmoni umani sia come potenziale materiale per impianti. Una tecnica prevede la stampa 3D di strutture che imitano i tessuti umani, ma la progettazione di un inchiostro biologico adatto a sostenere la crescita cellulare rimane una sfida. Così, Ashok Raichur e il suo team hanno deciso di superare questo ostacolo.
Sviluppo di un Inchiostro Biologico a Base di Muco
Il team ha iniziato utilizzando la mucina, un componente del muco che non è stato ampiamente esplorato per la biostampa. Parti della struttura molecolare di questo polimero antibatterico somigliano al fattore di crescita epidermico, una proteina che favorisce l’adesione e la crescita cellulare. Raichur e colleghi hanno reagito la mucina con l’anidride metacrilica per formare mucina metacrilata (MuMA), che hanno poi mescolato con cellule polmonari. L’acido ialuronico — un polimero naturale presente nei tessuti connettivi e in altri tessuti — è stato aggiunto per aumentare la viscosità dell’inchiostro biologico e migliorare la crescita cellulare e l’adesione alla MuMA. Dopo aver stampato l’inchiostro in test con modelli circolari e a griglia quadrata, è stato esposto alla luce blu per reticolare le molecole di MuMA. I legami di reticolazione hanno stabilizzato la struttura stampata sotto forma di un gel poroso che ha assorbito facilmente l’acqua per supportare la sopravvivenza delle cellule.
I ricercatori hanno scoperto che i pori interconnessi nel gel facilitavano la diffusione dei nutrienti e dell’ossigeno, incoraggiando la crescita cellulare e la formazione di tessuto polmonare. Le strutture stampate non erano tossiche e biodegradavano lentamente in condizioni fisiologiche, rendendole potenzialmente adatte come impianti in cui l’impalcatura stampata verrebbe gradualmente sostituita da nuovo tessuto polmonare. L’inchiostro biologico potrebbe anche essere utilizzato per creare modelli 3D dei polmoni per studiare i processi delle malattie polmonari e valutare i potenziali trattamenti.
Gli autori riconoscono il finanziamento da parte del Dipartimento di Scienza e Tecnologia del Governo Indiano.
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Rivista ACS Applied Bio Materials
DOI 10.1021/acsabm.4c00579
Titolo dell’Articolo “3D Bioprinting with Visible Light Cross-Linkable Mucin-Hyaluronic Acid Composite Bioink for Lung Tissue Engineering”
