Organi dalla stampante 3D
Nove partner del paese stanno sviluppando un sistema speciale: i tessuti umani e persino le ossa possono essere riprodotti – grazie agli “inchiostri organici”
No, questo non è solo un inchiostro da stampa: queste sono cellule umane per il progetto 3D Bio-Net: in questo modo è possibile produrre ossa e mini organi. Foto: Jonas Neugebauer
Friburgo. Sembra fantascienza, ma è la realtà: costrutti ossei che provengono dalla stampante 3D vitali e ben forniti di sangue. O modelli stampati di mini organi che renderanno superflui gli esperimenti sugli animali nella ricerca sui farmaci in futuro. Dopo tre anni di ricerca, i nove partner del progetto 3D-Bio-Net finanziato dal Ministero federale della ricerca hanno presentato i risultati: il fulcro è un prototipo di bioprinter 3D che consente di stampare tessuti umani funzionali con i vasi sanguigni e utilizza anche un concetto software innovativo come il Annuncia Cluster Micro-Tech Südwest.
La stampante funziona in modo molto simile a una stampante 3D convenzionale: nella produzione additiva convenzionale, plastica e metalli vengono applicati strato per strato per formare il modello finito. Nella bioprinting 3D, il materiale di partenza è un cosiddetto “bioinchiostro”, che consiste in materiali biocompatibili e cellule funzionali viventi. Le cellule posizionate si fondono per formare costrutti di tessuto tridimensionale.
Per cui la stampante viene integrata da un componente aggiuntivo nel progetto attualmente completato: è stata stabilita una piattaforma generica per la stampa tridimensionale di cellule e tessuti umani che include materiali, processi, hardware e software e sistemi di test, ad esempio per i farmaci, e tiene conto dei requisiti normativi.
La complessità del progetto riflette anche la tipologia e il numero dei partner: Biofludix è responsabile dell’hardware, Cellgenix per i requisiti normativi, Ibidi per la piattaforma di perfusione e i chip microfluidici, software Infoteam per questi, Kunststoff-Institut Südwest per la caratterizzazione delle plastiche, Vas-Qlab al KIT per il Biointen, l’istituto per la tecnologia dei microsistemi presso l’Albert-Ludwigs-Uni Freiburg lo sviluppo del processo, la clinica per la chirurgia plastica e della mano della clinica universitaria di Friburgo il tessuto costruisce ossa e cartilagini e l’istituto medico e scientifico dell’Università di Tubinga “Organ-on-Chip” – Applicazioni e il cluster all’avanguardia Microtech Südwest ha coordinato tutto.
Come continuerà il progetto rivoluzionario? Dovrebbero esserci ulteriori progetti di ricerca e sviluppo.
Completamento con successo del progetto finanziato da BMBF dopo 3 anni di finanziamento. Nove partner dell’industria e della ricerca hanno sviluppato un bioprinter 3D che può essere utilizzato per stampare tessuti umani funzionali con i vasi sanguigni.
Nel progetto 3D-Bio-Net, nove partner dell’industria e della ricerca hanno studiato e sviluppato negli ultimi tre anni. Il cuore del progetto è lo sviluppo di un prototipo di bioprinter 3D che consente di stampare tessuti umani funzionali con vasi sanguigni utilizzando concetti software innovativi. Inoltre, è stata stabilita una piattaforma generica completa per la stampa tridimensionale di cellule e tessuti umani, che include materiali, processi, hardware e software e sistemi di test per ad esempio farmaci e tiene conto dei requisiti normativi.
Per essere in grado di realizzare progetti così complessi, biologia, medicina, scienza dei materiali, informatica e tecnologia dei microsistemi devono lavorare a stretto contatto. L’elevata complessità e interdisciplinarità del progetto si riflette anche nella composizione dei partner del progetto: medie imprese altamente specializzate, start-up innovative e istituti di ricerca di eccellenza, università e cliniche universitarie che conducono ricerche di base nonché attività di ricerca applicata e clinica in rete.
Ossa dalla stampante
Uno dei tanti risultati di successo del progetto è la stampa di successo di strutture ossee che sono vitali e ben fornite di sangue e possono essere utilizzate nella ricerca sulla sostituzione dei tessuti. Inoltre, sono stati sviluppati modelli funzionali di organi in miniatura per il rene e la barriera emato-encefalica (i cosiddetti sistemi organo su chip), che in futuro rinunceranno agli esperimenti sugli animali nella ricerca sui farmaci e renderanno lo sviluppo di farmaci più sicuro e veloce.
I risultati orientati al futuro del progetto saranno portati avanti in ulteriori progetti di ricerca e sviluppo.
Partner coinvolti
Biofluidix GmbH, Freiburg (sviluppo hardware), Cellgenix GmbH, Freiburg (requisiti normativi), ibidi GmbH, Gräfelfing (piattaforma di perfusione e chip microfluidici), infoteam Software AG, Bubenreuth (sviluppo software), Kunststoff-Institut Südwest GmbH & Co. KG, Villingen-Schwenningen (Characterization of plastics), vasQlab presso il Karlsruhe Institute of Technology, Karlsruhe (bio inks).
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Institute for Microsystem Technology IMTEK (sviluppo del processo), Clinica di chirurgia plastica e della mano presso il Centro medico universitario di Friburgo (strutture tissutali, ossa e cartilagine), Istituto di scienze naturali e medicina dell’Università di Tübingen NMI (applicazioni “Organ-on-Chip”) . Il cluster superiore microTEC Südwest ha coordinato il progetto per l’intera durata del progetto.
Il progetto 3D-Bio-Net (FKZ 03VNE1034) è stato finanziato dal 2017-2020 dal Ministero federale dell’istruzione e della ricerca (BMBF) nella linea di finanziamento KMU-NetC. Gli interessati possono trovare ulteriori informazioni sulla pagina del progetto su www.3d-bio-net.de e nel filmato immagine su YouTube.
Bioprinting in background / stampa bio 3D
La stampa 3D convenzionale, spesso indicata anche come produzione additiva, utilizza principalmente plastica, ma anche metalli come materiali di partenza, che vengono assemblati, cioè stampati, strato dopo strato nel processo di stampa per formare una struttura tridimensionale. Nel bioprinting 3D, l’approccio alla stampa di strutture tridimensionali è lo stesso, solo con la differenza che deve essere prodotto tessuto vivente. Per questo motivo, come materiale di partenza vengono utilizzati i cosiddetti “bioinchiostri”, che consistono in materiali biocompatibili e cellule funzionali viventi. Le celle, spesso inglobate in idrogel, vengono stampate sui cosiddetti scaffold, cioè strutture quadro fatte di plastiche biocompatibili (polimeri). Le cellule posizionate in questo modo si fondono per formare costrutti di tessuto tridimensionale funzionali e possono essere utilizzate in varie applicazioni, ad esempio come sostituto di tessuti in applicazioni cliniche o per lo sviluppo e la sperimentazione di farmaci nei cosiddetti sistemi organ-on-chip, evitando in larga misura esperimenti su animali. Il bioprinting 3D è una delle tecnologie del futuro che può cambiare radicalmente la medicina e la ricerca farmaceutica. Una delle sfide principali risiede nell’elevata complessità di questo metodo: quando si stampano modelli di tessuti viventi e (micro) organi, è necessario utilizzare e padroneggiare una grande varietà di cellule viventi, vari biomateriali come idrogel o biopolimeri, nonché un gran numero di metodi di lavorazione e stampa diversi. Una parte essenziale del processo è anche la considerazione di severi requisiti normativi per le applicazioni cliniche. Il progetto 3D-Bio-Net ha affrontato tutte queste sfide.
microTEC Südwest eV
Il cluster di punta microTEC Südwest è la rete di competenza e cooperazione per soluzioni tecnologiche di microsistemi intelligenti per l’Europa e il contatto per la tecnologia dei microsistemi nel Baden-Württemberg. Il servizio centrale per i membri sono gruppi di specialisti tecnologici e applicativi in cui microTEC Südwest riunisce le proprie competenze per produrre insieme innovazioni nel campo della tecnologia dei microsistemi. Come collegamento tra scienza, economia e politica, microTEC Südwest supporta i membri nel finanziamento di progetti e nella mediazione associata.
Il cluster principale microTEC Südwest è una delle più grandi reti tecnologiche in Europa. Nell’ambito delle applicazioni, la gestione del cluster sta attualmente concentrando il proprio lavoro su due campi: Salute (Smart Health) e Produzione (Smart Production), ma può essere utilizzato anche in altri settori, come B. Diventano attivi mobilità, energia, tessuti e soluzioni per la casa intelligente.
Gli oltre 110 membri dell’associazione professionale provengono da aziende, istituti di ricerca e università. Questi includono attori globali come Bosch, Festo, Roche Diagnostics, ABB, Zeiss, Endress + Hauser, Sick, Balluff e Testo, nonché molte aziende innovative di piccole e medie dimensioni. Gli istituti di ricerca includono gli istituti della Baden-Württemberg Innovation Alliance (innBW) e vari istituti Fraunhofer. Nell’area dei college e delle università si trovano l’Istituto per la tecnologia dei microsistemi (IMTEK) dell’Università di Friburgo e l’Istituto di tecnologia di Karlsruhe (KIT).
Il cluster soddisfa i criteri di eccellenza della European Cluster Excellence Initiative (ECEI) ed è stato premiato con l’etichetta d’oro.
