La temperatura più calda e la fioritura dei fiori segnalano l’arrivo della primavera. Tuttavia, anche le preoccupazioni per le malattie respiratorie sono in aumento a causa delle polveri sottili e dei virus. Il polmone, che è vitale per la respirazione, è piuttosto difficile da creare artificialmente per uso sperimentale a causa della sua struttura complessa e sottigliezza. Recentemente, un team di ricerca POSTECH è riuscito a produrre un modello di polmone artificiale utilizzando la stampa 3D.
Il professor Sungjune Jung del Dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali, e il professor Joo-Yeon Yoo e Ph.D. il candidato Dayoon Kang del Dipartimento di Scienze della vita di POSTECH sono riusciti insieme a creare un modello polmonare tridimensionale contenente una varietà di linee cellulari alveolari umane utilizzando il bioprinting a getto d’inchiostro. La bioprinting a getto d’inchiostro sta attirando l’attenzione per consentire la produzione di tessuti standardizzati e personalizzati per il paziente e si prevede che sostituirà i modelli di test convenzionali in quanto possono essere prodotti in serie.
I polmoni umani respirano costantemente per assorbire l’ossigeno necessario per l’attività vitale ed espellere l’anidride carbonica generata come sottoprodotto. L’ossigeno che entra nel corpo arriva agli alveoli attraverso le vie aeree e viene sostituito con anidride carbonica trasportata dal sangue attraverso i capillari degli alveoli.
Qui, gli alveoli sono costituiti da un sottile strato di cellule epiteliali e sono circondati da sottili capillari che imitano l’uva vuota. La membrana alveolare, attraverso la quale viaggiano ossigeno e anidride carbonica, è una struttura a tre strati di epitelio / membrana basale / strato capillare endoteliale ed è molto sottile per facilitare il processo di scambio di gas. Fino ad ora, ci sono state limitazioni nella replica accurata degli alveoli con una struttura così sottile e complessa.
Per questo, il team di ricerca ha fabbricato un modello di barriera alveolare a tre strati con uno spessore di circa 10 micrometri (μm) attraverso la deposizione ad alta risoluzione di cellule alveolari utilizzando la stampa a getto d’inchiostro drop-on-demand1. Questo modello di nuova produzione ha mostrato un grado di simulazione più elevato rispetto a un modello di coltura cellulare bidimensionale e un modello tridimensionale non strutturato coltivato mescolando cellule alveolari e collagene.
Il team di ricerca ha anche confermato che il modello di barriera alveolare recentemente sviluppato riproduceva in modo simile la risposta fisiologica a livello di tessuto effettivo per quanto riguarda l’infettività virale e la risposta antivirale. Quando questo modello è stato utilizzato come modello di infezione da virus influenzale, i ricercatori sono stati in grado di osservare l’auto-proliferazione e la risposta antivirale del virus.
“Abbiamo stampato cellule e fabbricato tessuti utilizzando il metodo di bioprinting, ma questa è la prima volta al mondo che simuliamo una barriera alveolare con una struttura a tre strati di circa 10 μm di spessore”, ha spiegato il professor Sungjune Jung di POSTECH. “È anche la prima volta che una barriera alveolare artificiale è stata infettata da un virus e si è osservata una risposta antivirale fisiologica”.
Il professor Jung ha aggiunto: “Il tessuto artificiale prodotto questa volta può essere utilizzato come una piattaforma iniziale per valutare l’efficacia di farmaci terapeutici e vaccini contro i virus respiratori infettivi, incluso il virus COVID-19, poiché consente la produzione di massa e il controllo di qualità, nonché la fabbricazione. di modelli di malattia personalizzati dal paziente”.
