GLI SCIENZIATI DI HARVARD SVILUPPANO BIOINK INFUSO DI ALGHE PER MIGLIORARE LA VITALITÀ DEI TESSUTI BIOPRINTATI
Gli scienziati della Harvard Medical School hanno sviluppato un nuovo bioink a base di alghe che, una volta stampato in 3D nelle strutture dei tessuti molli, dimostra una maggiore vitalità cellulare.
Il team ha formato il loro bioink combinando un’alga fotosintetica e cellule epatiche umane in una matrice di idrogel, quindi lo ha utilizzato per stampare strutture esagonali in 3D con “lobuli” del fegato realistici. A causa delle tendenze naturali di emissione di ossigeno delle alghe, le cellule umane bioprintate si sono moltiplicate, mostrando una maggiore funzionalità e producendo proteine specifiche del fegato.
In futuro, i ricercatori ritengono che la loro nuova tecnica di bioprinting potrebbe essere applicata in aree che vanno dallo sviluppo di farmaci e dalla medicina personalizzata, a spuntini sani a base di alghe.
“Lo studio è il primo vero esempio di ingegneria dei tessuti simbiotici che combina cellule vegetali e cellule umane in un modo fisiologicamente significativo”, ha detto l’autore senior del documento Y. Shrike Zhang. “Il nostro studio fornisce un esempio unico di come possiamo sfruttare la strategia simbiotica, molto spesso vista in natura, per promuovere la nostra capacità di progettare tessuti umani funzionali”.
La carenza di donatori di organi rimane un problema significativo in tutto il mondo e, secondo i dati dell’Organizzazione mondiale della sanità , solo il 10% circa della domanda di trapianti è attualmente soddisfatto. Di conseguenza, c’è una crescente urgenza nello sviluppo di alternative artificiali e il bioprinting 3D ha consentito progressi significativi in questo settore negli ultimi anni.
Nonostante i diversi approcci adottati dai ricercatori, le strutture ricche di cellule risultanti spesso non hanno avuto la vitalità cellulare necessaria per renderle utili negli scenari di utilizzo finale. Gli scienziati della Washington State University (WSU), ad esempio, hanno anche creato un idrogel potenziato naturalmente , ma non è ancora pronto per l’uso medico.
La vitalità cellulare è in gran parte radicata nel loro livello di esposizione all’ossigeno e la distribuzione omogenea di O 2 ha dimostrato di facilitare la crescita cellulare. Tuttavia, i precedenti tentativi di ossigenare gli idrogel carichi di cellule utilizzando biomateriali per la distribuzione dell’ossigeno si sono arrestati, a causa di sottoprodotti dannosi e profili di rilascio incoerenti.
Per superare queste limitazioni, il team ha adattato gli idrogel carichi di alghe sviluppati presso l’ Università della tecnologia di Dresda , per includere concentrazioni di cellulosa più elevate. Il polimero naturale non solo ha fornito integrità all’idrogel degli scienziati, ma alla fine si è dimostrato in grado di ossigenare i tessuti che hanno stampato in 3D.
Gli scienziati sperano che il loro approccio combinato di stampa 3D e reticolazione (nella foto) formerà la base per scaffold tissutali con una migliore vitalità cellulare. Immagine tramite il diario Matter.
Gli scienziati sperano che il loro approccio di stampa 3D e reticolazione (nella foto) costituirà una base per una nuova generazione di scaffold tissutali con una migliore vitalità cellulare. Immagine tramite il diario Matter.
L’idrogel carico di alghe del team di Harvard
Il team ha creato il proprio idrogel combinando la carbossimetilcellulosa con gelatina, PVA e alginato e modificando le quantità di ciascuno per ottimizzare la viscosità dell’inchiostro. Una volta che il team ha identificato il mix ideale, lo hanno utilizzato per stampare in 3D una serie di strutture a nido d’ape, ciascuna composta da sette lobuli esagonali.
Durante il processo di stampa, i ricercatori hanno creato una serie di tessuti a sei, dieci e venti strati che formavano un motivo a griglia tubolare 3D. Gli scienziati hanno quindi mescolato diversi livelli di alghe fotosintetiche C. reinhardtii e di siero bovino fetale al 10% nei costrutti additivi e hanno osservato risultati incoraggianti.
Le alghe bioprintate hanno rilasciato ossigeno in modo fotosintetico, che ha migliorato la vitalità e la funzionalità delle cellule epatiche, senza influire sulla stampabilità del bioink. Inoltre, in una fase finale, il team ha aggiunto l’enzima cellulasi per dissolvere il loro bioink e ha scoperto che lasciava dietro di sé microcanali svuotati.
Il riempimento di queste camere con cellule vascolari umane ha consentito agli scienziati di creare tessuti simili al fegato che hanno dimostrato una buona crescita cellulare e prodotto proteine naturali. Mentre le strutture cellulari che non includevano infusioni di alghe mostravano solo una vitalità del 70 percento, quelle che lo facevano mostravano una sopravvivenza fino al 92 percento.
“Lo sviluppo di un tale bioink fuggitivo che consente l’ossigenazione iniziale e la successiva formazione di vasi all’interno di un singolo costrutto di tessuto non è stato segnalato prima”, ha concluso Zhang. “Questo è un passo fondamentale verso l’ingegnerizzazione di successo di tessuti vitali e funzionali.”
I benefici per la salute derivanti dall’adozione di alghe
Le alghe non sono solo salutari per il corpo umano, ma hanno anche un ruolo da svolgere nella riduzione delle emissioni di gas serra e le sue credenziali ecologiche l’hanno resa sempre più oggetto di ricerca sulla stampa 3D.
Scienziati dell’Università olandese di Wageningen e dell’Università spagnola di Valencia hanno schierato un’alga marina per stampare in 3D una selezione di snack salutari ai cereali . Il team ha teorizzato di poter personalizzare la forma, la consistenza e il colore degli alimenti a base di alghe per renderli più attraenti.
Altrove, un team congiunto dell’Università di Cambridge e UC San Diego ha strutture che imitano i coralli bioprintate in 3D che sono in grado di far crescere alghe microscopiche. Mettendo a punto la coltivazione delle alghe, gli scienziati mirano a sviluppare un metodo per ridurre le emissioni di gas serra nei paesi in via di sviluppo.
I risultati dei ricercatori sono dettagliati nel loro documento intitolato ” Ossigenazione fotosintetica simbiotica all’interno di tessuti vascolarizzati bioprintati in 3D “. Lo studio è stato co-autore di Sushila Maharjan, Jacqueline Alva, Cassandra Cámara, Andrés G. Rubio, David Hernández, Clément Delavaux, Erandy Correa, Mariana D.Romo, Diana Bonilla, Mille Luis Santiago, Wanlu Li, Feng Cheng, Guoliang Ying e Yu Shrike Zhang.
