Innovativo Approccio al Crescita di Tessuto Artificiale tramite Stampa 3D
Un nuovo metodo per la creazione di tessuti artificiali è stato sviluppato presso la TU Wien: si utilizzano cellule all’interno di microstrutture realizzate con stampanti 3D.
È possibile far crescere tessuti in laboratorio secondo uno schema prefissato, ad esempio per sostituire il tessuto cartilagineo danneggiato? Presso la TU Wien è stato compiuto un importante passo avanti verso la produzione di tessuti di laboratorio, utilizzando una tecnica che si distingue nettamente da altri metodi impiegati in tutto il mondo.
Attraverso un particolare processo di stampa 3D di precisione, si creano piccole sferette porose realizzate in plastica biocompatibile e biodegradabile, che vengono poi popolate da cellule. Queste sferette possono essere disposte in qualsiasi geometria, e le cellule delle diverse unità si collegano senza soluzione di continuità, formando un unico tessuto vivente. In particolare, il tessuto cartilagineo, oggetto del concetto sviluppato presso la TU Wien, è stato considerato finora particolarmente difficile in questo senso.
Piccole strutture a forma di palline come impalcatura per le cellule “Coltivare cellule staminali per creare tessuti cartilaginei non è la sfida più grande. Il problema principale è che di solito si ha poco controllo sulla forma del tessuto risultante”, afferma Oliver Kopinski-Grünwald, dell’Istituto di Scienza e Tecnologia dei Materiali della TU Wien, uno degli autori dello studio. “Ciò è dovuto anche al fatto che tali grumi di cellule staminali cambiano forma nel tempo e spesso si restringono.”
Per evitare ciò, il team di ricerca della TU Wien ha adottato un nuovo approccio: utilizzando sistemi di stampa 3D laser basati su di esso, si creano strutture a forma di piccole gabbie, che assomigliano a mini-palline da calcio e hanno un diametro di appena un terzo di millimetro. Queste strutture fungono da supporto e formano blocchi compatti, che possono essere quindi assemblati in qualsiasi forma desiderata.
In queste mini-gabbie a forma di pallina vengono introdotte inizialmente cellule staminali, che riempiono rapidamente il minuscolo volume. “Possiamo quindi produrre per la prima volta costrutti tessutali in modo affidabile, in cui le cellule sono distribuite in modo molto uniforme e la densità cellulare è molto alta. Con gli approcci precedenti questo non sarebbe stato possibile”, spiega Aleksandr Ovsianikov, Professore di Biofabbricazione e Stampa 3D presso la TU Wien.
Un perfetto collegamento tra le cellule Il team ha utilizzato cellule staminali differenziate, ovvero cellule staminali che non possono più svilupparsi in qualsiasi tipo di tessuto, ma sono già state stabilite per un tipo di tessuto specifico, in questo caso il tessuto cartilagineo. Tali cellule sono particolarmente interessanti per applicazioni mediche, ma proprio nel caso delle cellule cartilaginee, la costruzione di tessuti più ampi è risultata molto impegnativa. Nel tessuto cartilagineo, infatti, le cellule formano una matrice extracellulare particolarmente complessa, una struttura a maglia tra le cellule che spesso impedisce alle piccole sferette cellulari di connettersi nel modo desiderato.
Una volta che le sferette porose stampate in 3D sono state popolate con le cellule desiderate, possono essere disposte in forme diverse. La domanda cruciale è: le cellule di diverse sferette si connettono per formare un tessuto uniforme e omogeneo?
“Questo è ciò che abbiamo dimostrato per la prima volta”, dice Kopinski-Grünwald. “Al microscopio è evidente: le sferette adiacenti si uniscono, le cellule migrano da una sferetta all’altra e viceversa, si collegano senza soluzione di continuità e formano una struttura complessiva chiusa senza cavità, a differenza di altri metodi finora esistenti, in cui rimangono interfacce visibili tra i grumi di cellule adiacenti.”
Le piccole strutture di supporto stampate in 3D conferiscono alla struttura complessiva una stabilità meccanica, mentre il tessuto continua a maturare. Nel tempo, le strutture in plastica si degradano autonomamente. Nel corso di mesi, scompaiono semplicemente, lasciando il tessuto formato nella forma desiderata.
Primo passo verso l’applicazione medica Il nuovo approccio non è in principio limitato solo al tessuto cartilagineo, quindi potrebbe essere possibile creare tessuti più grandi, come ad esempio il tessuto osseo, in questo modo. Tuttavia, ci sono ancora alcuni compiti da risolvere lungo questa strada: dopo tutto, per questi tessuti, a differenza del tessuto cartilagineo, è necessario integrare vasi sanguigni a una certa dimensione.
“Un primo obiettivo sarebbe quello di produrre piccole parti di tessuto cartilagineo su misura, che potrebbero essere utilizzate per sostituire il tessuto cartilagineo danneggiato dopo un infortunio”, dice Oliver Kopinski-Grünwald. “Abbiamo dimostrato che il nostro metodo per la produzione di tessuto cartilagineo utilizzando strutture micro-sferiche a forma di pallina funziona in linea di principio e offre vantaggi significativi rispetto ad altre tecnologie.”
