Un nuovo pancreas dalla bio stampante 3D

I tessuti che producono insulina sono stampati a Heidelberg. Questo è un enorme passo avanti per la medicina e che dà speranza a molte persone con diabete.

Gabriel Salg alla bio stampante 3D
Il medico Gabriel Salg presso la bio-stampante 3D, che può stampare e riscaldare più materiali contemporaneamente in un ambiente sterile.
© Gabriel Salg, Ospedale universitario di Heidelberg, clinica chirurgica
Molte persone soffrono di una produzione insufficiente di insulina nel pancreas. Questo accade quando sviluppano il diabete o quando il pancreas o parti di esso devono essere rimossi chirurgicamente, ad esempio nel caso di un tumore. Tuttavia, l’insulina è un ormone vitale che regola l’assorbimento della glicemia nel corpo. Il corpo non può farne a meno. L’insulina può anche essere iniettata, ma i dosaggi precisi sono difficili e le complicanze a lungo termine sono difficili da evitare. Le persone colpite vivono costantemente con il rischio di ipoglicemia, che può scatenare shock o coma.

Il tessuto artificiale biostampato produce insulina da solo
Per poter aiutare meglio questi pazienti in futuro, il team di ricerca del progetto Eurostars 3D-PIVOT ha prodotto in laboratorio un tessuto che produce insulina. Come la sua controparte naturale, può produrre insulina da sola, a seconda del livello di zucchero nel sangue. A lungo termine, un tale organo biostampato in 3D dovrebbe essere in grado di sostituire la funzione dei pancreas naturali. A differenza della siringa, si spera, un pancreas biostampato possa produrre continuamente insulina. Ciò aumenterebbe in modo significativo la qualità della vita delle persone colpite e non dovrebbero più fare affidamento su donatori di organi, di cui non ce ne sono abbastanza.

“L’insulina viene prodotta naturalmente nelle cosiddette isole Langerhans”, spiega Gabriel Salg dell’ospedale universitario di Heidelberg. Ha supervisionato il progetto da un punto di vista medico. “Queste sono isole di tessuto molto piccole nel pancreas. Vogliamo imitare il loro modo di lavorare”.

Le cellule stampate sono protette da un vettore e fornite di sostanze nutritive attraverso i propri vasi sanguigni
Micrografia di hydogel® bio-stampato
Immagine microscopica di idrogel biostampato con cluster di cellule in esso contenuti. Questi sono stati resi visibili con la colorazione MTT. Dopo alcuni giorni, le cellule cresciute in laboratorio formano complessi cellulari simili a isole e producono insulina.
© Gabriel Salg, Ospedale universitario di Heidelberg, clinica chirurgica
Per questo, il team di 3D PIVOT aveva prima bisogno di un corriere. Assicura che il nuovo tessuto cellulare possa essere utilizzato in una posizione specifica nel corpo. La difficoltà più grande qui: chi lo indossa deve essere in grado di proteggere le cellule molto sensibili da un lato. D’altra parte, deve essere così permeabile da fornire alle cellule l’ossigeno e tutti gli altri nutrienti necessari. Ecco perché il team ha sviluppato quello che è noto come uno strumento multicomponente. Da un lato, è costituito da un guscio esterno stampato in 3D in plastica polimerica, il vero vettore. Ha la forma di un morsetto per tubi e strutturato come una griglia. D’altra parte, è costituito da uno strato interno biostampato, che è composto da un materiale di supporto dell’idrogel e dalle cellule reali. Pertanto, l’ausilio dovrebbe essere fissato al corpo in modo tale da circondare i vasi.

Affinché i nutrienti vitali arrivino nelle cellule biostampate in 3D, devono anche sviluppare i propri vasi sanguigni. “Il nostro apporto di sangue è fondamentale per il nostro organo biostampato perché in definitiva la concentrazione di zucchero nel sangue determina se l’insulina viene escreta o meno dalle cellule”, spiega Salg. “Inoltre, l’insulina prodotta dalle cellule deve tornare nel flusso sanguigno per essere efficace”.

Cellule che producono insulina dalla bio-stampante 3D
Le celle stesse vengono stampate con una bio-stampante 3D che può non solo stampare, ma anche riscaldare le celle. Ciò garantisce che il materiale cellulare stampato non muoia immediatamente. Può essere utilizzato anche per stampare più materiali contemporaneamente.

Prima della stampa, le cellule che producono insulina vengono poste in un idrogel. “È una massa gelatinosa con una struttura solida. Simile agli orsetti gommosi che sono stati immersi nell’acqua “, afferma Salg. Con questo bio-inchiostro (componenti: idrogel e materiale cellulare vivente) la stampante stampa una forma tridimensionale – un nuovo organo – sul supporto. Viene quindi indurito con luce UV in modo che non si dissolva.

Cellule del ratto come prototipo
Per il primo tessuto che produce insulina – il prototipo – i ricercatori hanno prima coltivato una linea cellulare di ratto in coltura cellulare e poi l’hanno introdotta nell’idrogel. Sono stati in grado di dimostrare che le cellule producono anche insulina come tessuto biostampato in 3D.

A lungo termine, tuttavia, le cellule per il pancreas artificiale dovrebbero provenire dai pazienti stessi. La stampa con le cellule del corpo del paziente presenta diversi vantaggi: non provocano forti reazioni di rigetto o reazioni incrociate. Grazie al vettore e alla struttura di supporto nell’idrogel, sono anche più robuste delle cellule di pancreas trapiantati convenzionalmente, che possono morire molto rapidamente.

Microscopia a luce riflessa di una parte dell’impianto biostampato in 3D
Microscopia a luce riflessa di parte dell’impianto biostampato in 3D che è stato inserito per qualche tempo in un uovo di gallina fecondato. Molte nuove navi sono cresciute in esso. Questi vasi forniscono alle cellule ossigeno e sostanze nutritive, rendendole vitali.
© Gabriel Salg, Ospedale universitario di Heidelberg, clinica chirurgica
Simulazioni dettagliate migliorano e accelerano i risultati
“Abbiamo lavorato intensamente con esperti di sviluppo software e ingegneria. Senza di loro, non avremmo ottenuto risultati così positivi così rapidamente “, sottolinea Salg. Con la società ASD di Rostock, ha studiato intensamente il flusso sanguigno dei pancreas naturali e lo ha simulato per il pancreas artificiale. “In questo modo abbiamo potuto scoprire in anticipo di cosa ha bisogno il nuovo organo per funzionare”. Se questo viene chiarito tramite simulazioni scalabili, sarà necessario svolgere meno ricerche sui tessuti viventi. Per questo motivo, le simulazioni sono ora disponibili anche per altri ricercatori con l’aiuto di Inova GmbH tramite un sito Web separato.

Sviluppo in tempi record
Ciò che è veramente notevole è il fatto che i tessuti che producono insulina sono stati sviluppati in soli tre anni. E una domanda di brevetto è già pendente. “La biostampa 3D svolgerà un ruolo essenziale nei prossimi 30 anni, anche se non sappiamo ancora se un pancreas pienamente funzionante uscirà effettivamente dalla stampante e verrà inserito nel corpo umano”, sottolinea Salg. “Ma questo non può assolutamente essere escluso.”

Gabriel Salg, Heidelberg University Hospital, Surgical Clinic

Di Fantasy

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