Un team di ricercatori indiani dell’Indian Institute of Technology (IIT) di Delhi e dell’IIT Kanpur hanno recentemente portato avanti un’innovazione che ha coinvolto la cartilagine stampata in 3D che diventa poi ossea con l’aggiunta di ormoni tiroidei. La scoperta sicuramente accelererà lo sviluppo di tecnologie e tecniche di bioprinting.
L’osso è formato in due modi. Per le ossa non portanti come il cranio, le cellule staminali mesenchimali si differenziano direttamente nelle cellule ossee. Per le ossa portatrici come i femori, le cellule staminali si differenziano per la prima volta in un modello cartilagineo che nel tempo subisce una maggiore differenziazione nelle cellule ossee. Finora, i tentativi di creare ossa portanti utilizzando scaffold hanno cellule staminali differenziate direttamente nelle cellule ossee, saltando la fase della cartilagine che si verifica naturalmente nei nostri corpi. “L’efficacia di tali costrutti ossei deve ancora essere dimostrata nei carichi portanti. C’è una correlazione molto scarsa tra i costrutti ossei sviluppati in vitro e in vivo. Inoltre, il modello di espressione genica di queste ossa progettate dal tessuto in gran parte differiscono dall’osso adulto umano “, ha commentato il professor Sourabh Ghosh del Dipartimento di Tecnologia Tessile dell’IIT Delhi.
Il team ha deciso di imitare il passaggio della cartilagine con una biostampa 3D di uno scaffold di cartilagine che è stato poi trattato con un ormone tiroideo (Triiodotironina o T3) che attiva la differenziazione della cartilagine in cellule simili all’osso. Il loro osso stampato in 3D mostra espressioni geniche e proteiche simili a quelle che si trovano nell’osso naturale, e anche le vie di segnalazione cellulare necessarie per il differenziamento osteogenico sono sovraregolate. “Quando abbiamo seguito una strategia diversa per lo sviluppo dell’osso, c’è una maggiore somiglianza con lo sviluppo dello scheletro degli arti in vivo”, ha affermato il professor Ghosh.
Lo scaffold della cartilagine forniva un substrato adatto per quella che sarebbe diventata la matrice extracellulare dell’osso. La professoressa Amitabha Bandyopadhyay del Dipartimento di Scienze Biologiche e Bioingegneria dell’IIT Kanpur spiega: “La capacità portante di un osso dipende principalmente dalla qualità della matrice extracellulare. Nelle ossa portanti, la matrice extracellulare comprende il 95% mentre le cellule ossee sono solo del 5%. Quindi, se stai provando a fabbricare un costrutto osseo portante, è meglio avere una matrice extracellulare più ampia. Rispetto all’osso formato direttamente dalle cellule staminali, la matrice extracellulare del costrutto osseo sviluppata attraverso il processo di cartilagine intermedio era 10 volte più alta. “
La fase mesenchimale della cellula staminale-cartilagine dura circa tre settimane e la fase cartilaginea-osso richiede altre due settimane. Mentre lo studio non studia le proprietà meccaniche dell’osso stampato in 3D, il professor Ghosh ha affermato che i test preliminari dimostrano che è più forte delle ossa differenziate direttamente dalle cellule staminali. Grazie a progressi come questo, è possibile che i grafici e le patch in osso stampati in 3D per la riparazione di rotture estese siano in uso in soli cinque anni. Questa è una grande notizia per atleti professionisti e persone goffe allo stesso modo.