Intervista con il Dr. Vahid Serpooshan, che ha creato un ‘Heart Attack Patch’ con l’aiuto della stampa 3D
Secondo l’Organizzazione Mondiale della Sanità, le malattie cardiovascolari sono la prima causa di morte a livello globale . Nel 2016 circa 17,9 milioni di persone sono morte per malattie cardiovascolari, rappresentando il 31% di tutti i decessi a livello mondiale. I trattamenti per tutti i tipi di disabilità cardiovascolari sono quindi altamente prioritari. Un disturbo molto diffuso in quella categoria è un attacco di cuore che si verifica per oltre 735.000 americani all’anno .
Un team di ricercatori guidati dal Dr. Vahid Serpooshan, un assistente professore di Ingegneria biomedica e Pediatria al Georgia Institute of Technology e alla Emory University School of Medicine , hanno creato un cerotto con una proteina rigenerativa per trattare il miocardio infartuato (muscolo cardiaco, una parte del cuore che viene danneggiato durante un attacco di cuore). Secondo Georgia Institute of Technology il cerotto coprirà il tessuto infartuato con una patch di collagene infusa con una proteina chiamata FSTL1, che è adattata per adattarsi a un’area leggermente più grande del tessuto morto. Il dott. Serpooshan ha usato bioprinters per sviluppare il cerotto usando un gel di collagene. Ilpatch sta per iniziare la sua fase di sperimentazione pre-clinica presso la School of Medicine della Emory University di Atlanta, e una prova clinica è già in corso in Europa per una versione di questo dispositivo patch. Quindi potrebbero passare ancora un paio di anni prima che siano disponibili per il trattamento del paziente. Il Dr. Serpooshan’s Lab (che ha due sedi sia presso l’Emory University che in Georgia Tech) utilizza un approccio multidisciplinare per progettare e sviluppare tecnologie di ingegneria tissutale su micro / nanoscala con l’obiettivo finale di generare tessuti e organi funzionali . 3DPrint.com ha contattato il Dr. Serpooshan per parlare del suo lavoro pionieristico.
Il professor Vahid Serpooshan installa la stampante 3D medica che stamperà un cerotto progettato per rafforzare il muscolo cardiaco danneggiato in un attacco di cuore. (Foto di Rob Felt, Georgia Institute of Technology)
In che modo la stampa 3D ha aiutato a progettare la patch?
La stampa 3D è stata di grande aiuto nella produzione della patch in molti modi. Ci ha permesso di incorporare la vascolarizzazione all’interno del cerotto, qualcosa che non sarebbe stato disponibile con le tradizionali tecniche di ingegneria tissutale, poiché offrono un potenziale davvero limitato per creare vasculature complesse e funzionali in strutture di tessuto 3D spesse. Inoltre, ci ha permesso di avere una deposizione controllata di diverse cellule, biomateriali e molecole per formare strutture 3D eterogenee e complesse che imitano da vicino la struttura del tessuto nativo. Inoltre ci ha fornito la specificità del paziente e della malattia: utilizziamo i dati di imaging RM o RM ottenuti dai pazienti per creare costrutti di tessuto stampato in 3D che corrispondono esattamente al tessuto malato o danneggiato del paziente. Finalmente,
Quale stampante 3D usi per creare la patch?
Utilizziamo principalmente due tipi di bioprinters 3D per questo progetto. Un sistema di bioprinting BioAssemblyBot , realizzato da Advanced Solutions Inc. (una società americana a Louisville, nel Kentucky). Questa è l’UNICA stampante a braccio robotica a sei assi sul mercato, con una risoluzione compresa tra 20 e 50 μm (micron). Il secondo bioprinter è un BIO-X dell’azienda biotech svedese Cellink, un pioniere della bioprinting .
Quanto ci vorrà per produrre la patch?
La produzione biomedicale di un cerotto cardiaco su scala clinicamente rilevante richiederebbe dai 15 ai 30 minuti, a seconda del numero di tipi cellulari coinvolti, del disegno vascolare e di altri fattori. Ciò consente alle cliniche, si spera nel prossimo futuro, di avere pazienti affetti da infarto in clinica, condurre imaging TC o RM, preparare il modello digitale 3D del tessuto danneggiato e inviarlo al bioprinter per fabbricare un dispositivo patch personalizzato per tale paziente.
Esiste già una procedura per applicare la patch?
In realtà, esiste già una procedura per applicare la patch. Usiamo un approccio di toracotomia sinistra per ottenere l’accesso alla superficie del cuore e suturare il cerotto sullo strato epicardico del cuore, coprendo l’area del miocardio (chiamato anche infarto). Ci sono attualmente alcuni lavori in corso che cercano di minimizzare l’aggressività di questa procedura chirurgica, potenzialmente utilizzando tecniche basate su catetere.
Quali sono i ben ef sua di usare collagene nella patch?
Il collagene è la proteina più abbondante del corpo umano. Questa proteina supporta altamente la vitalità, la proliferazione e la funzione delle cellule. È una proteina biodegradabile che costituisce un importante vantaggio per le applicazioni in vivo, facilitando un’integrazione tempestiva dell’impianto con il tessuto ospite ed evitando complicazioni immunogeniche a lungo termine. Per i nostri lavori di biostampa 3D, utilizziamo gelatina metacrilato (gelMA) . La gelatina è derivata dal collagene (un collagene idrolizzato) e offre vantaggi simili. I principali vantaggi del gelMA per la biostampa delle patch cardiache includono: compatibilità accettabile con le cellule cardiache (cardiomiociti), proprietà meccaniche biomimetiche sintonizzabili (rigidità), tasso di degradazione controllabile e, naturalmente, ottima stampabilità (proprietà reologiche).
Quale percentuale di pazienti con malattie cardiache beneficerà di questo dispositivo?
Questa terapia è progettata per un gruppo specifico di pazienti con infarto miocardico, circa un terzo dei pazienti che arrivano troppo tardi alle cliniche o sono resistenti agli attuali metodi di riperfusione basati su catetere e terapie farmacologiche.
Se approvato, il cerotto del Dr. Serpooshan potrebbe aiutare oltre 200.000 pazienti all’anno.
