La piattaforma FRESH di bioprinting di Adam Feinberg e la bio-stampa del primo cuore umano a grandezza naturale

Il cuore bio-stampato in 3D offre un nuovo strumento per i chirurghi

Adam Feinberg, professore di ingegneria biomedica presso la Carnegie Mellon University, e il suo team hanno creato il primo modello bio-stampato 3D stampato a grandezza naturale del cuore umano utilizzando la loro tecnica Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogel (FRESH).

Presentato in un video recentemente rilasciato dall’American Chemical Society e creato da dati MRI utilizzando una stampante 3D appositamente costruita , il modello imita realisticamente l’elasticità del tessuto cardiaco e delle suture. Questa pietra miliare rappresenta il culmine di due anni di ricerca che è immediatamente promettente sia per i chirurghi che per i medici e ha implicazioni a lungo termine per il futuro della ricerca sugli organi biotecnologici.

La tecnica FRESH del bioprinting 3D è stata inventata nel laboratorio di Feinberg per soddisfare una domanda insoddisfatta di polimeri morbidi stampati in 3D che non hanno la rigidità per stare senza supporto come una normale stampa. Nella stampa 3D FRESCA, Bioink viene iniettato con un ago in un bagno di idrogel morbido che supporta l’oggetto durante la stampa. Una volta terminato, una semplice applicazione di calore scioglierà l’idrogel lasciando solo l’oggetto stampato in 3D.

Mentre il laboratorio di Feinberg ha dimostrato sia la versatilità che la fedeltà della tecnica FRESH, il più grande ostacolo al raggiungimento di questo traguardo è stata la stampa di un cuore umano a grandezza naturale. Ciò ha richiesto la costruzione di una nuova stampante 3D progettata specificamente per contenere un bagno di gel carrier abbastanza grande da poter stampare alla dimensione desiderata, nonché piccole modifiche al software per mantenere la velocità e l’accuratezza della stampa.

Gli ospedali più grandi spesso dispongono di strutture per la stampa 3D di modelli del corpo di un paziente per aiutare i chirurghi a educare il paziente e pianificare la procedura effettiva, ma questi tessuti e organi possono essere modellati solo in plastica dura o gomma. Il cuore del team di Feinberg è costituito da un polimero naturale morbido chiamato alginato, che gli conferisce proprietà simili al tessuto cardiaco reale. Per i chirurghi, ciò consente la creazione di modelli che possono essere tagliati, cuciti e manipolati come un vero cuore. L’obiettivo immediato di Feinberg è lavorare con chirurghi e medici per affinare la loro tecnica e assicurarsi che sia pronta per l’uso in ospedale.

“Ora possiamo sviluppare un modello che non solo consente la pianificazione visiva ma anche l’esercizio fisico”, afferma Feinberg. “Il chirurgo può manipolarli e farli reagire come un vero tessuto in modo che quando entrano nell’area operatoria ottengano un ulteriore livello di pratica realistica in quell’ambiente”.

Questo articolo rappresenta un altro importante indicatore sulla lunga strada verso la biotecnologia di un organo umano funzionante. Scaffold morbidi e biocompatibili come quello creato dal gruppo di Feinberg potrebbero un giorno fornire la struttura a cui le cellule aderiscono e formare un sistema di organi che consente la biomedicina del La capacità di riparare o sostituire interi organi umani è un passo avanti.

“Sebbene ci siano ancora grandi ostacoli alla bioprinting di un cuore umano a grandezza naturale completamente funzionante, siamo orgogliosi di utilizzare la piattaforma FRESH per contribuire a gettare le basi mentre dimostriamo applicazioni immediate per simulazioni chirurgiche realistiche” , ha aggiunto Eman Mirdamadi, autore principale della pubblicazione.

Il documento, pubblicato su ACS Biomaterials Science and Engineering, è stato co-autore degli studenti di Feinberg Joshua W. Tashman, Daniel J. Shiwarski, Rachelle N. Palchesko e l’ex studente Eman Mirdamadi.

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