Biostampa 3D di vasi sanguigni funzionali: materiali ibridi, tecniche complementari e prime valvole “attivabili” con luce

Contesto e perché conta
La creazione in laboratorio di modelli vascolari realistici è un passaggio chiave per studiare malattie e testare farmaci, superando i limiti di modelli animali e colture 2D. A fine settembre 2025, CIC biomaGUNE ha presentato progressi concreti nella biostampa di arterie multilayer in grado di rispondere a stimoli esterni.
 

Chi sono i protagonisti e le collaborazioni
Il lavoro è guidato dal gruppo Hybrid Biofunctional Materials di CIC biomaGUNE (San Sebastián), diretto dalla ricercatrice Ikerbasque Dorleta Jiménez de Aberasturi, con contributi di Uxue Aizarna e Malou Henriksen. Collaborazioni chiave: Maastricht University (Paesi Bassi) per l’embedded bioprinting e Utrecht University/UMC Utrecht per il volumetric bioprinting.
 

Materiali: GelMA, dECM e nanoparticelle d’oro
Le arterie stampate combinano gelatina metacrilata (GelMA), una matrice extracellulare decellularizzata (dECM) derivata da arteria polmonare suina, e nanoparticelle d’oro. La GelMA offre stampabilità e compatibilità cellulare; la dECM aggiunge segnali biochimici; le nanoparticelle d’oro permettono l’attivazione fototermica, utile per simulare la dinamica pressoria.
 

Tecniche complementari: embedded e volumetric bioprinting
Con embedded bioprinting (stampa immersa in un bagno di supporto), il team con Maastricht University ha realizzato cilindri concentrici che imitano le tuniche arteriose. Con il volumetric bioprinting (fotopolimerizzazione tomografica dell’intero volume), in collaborazione con Utrecht, sono state aggiunte valvole interne e geometrie complesse in tempi rapidi.
 

Risultati sperimentali: impulso arterioso indotto da luce e valvole stampate
Combinando i materiali ibridi con le due tecniche di stampa, il gruppo ha mostrato arterie artificiali che mimano il polso arterioso se illuminate e valvole che si aprono/chiudono con stimoli esterni, includendo anche la possibilità di modelli paziente-specifici.
 

Pubblicazioni scientifiche correlate
I risultati sono descritti in due articoli peer-reviewed del 2025:
– Advanced Functional Materials: The Route to Artery Mimetics: Hybrid Bioinks for Embedded Bioprinting of Multimaterial Cylindrical Models (DOI 10.1002/adfm.202419072).
– ACS Applied Materials & Interfaces: Hybrid Plasmonic Bioresins and dECM-Based Materials for Volumetric Bioprinting of Vascular-Inspired Architectures (DOI 10.1021/acsami.5c03880).
 

Documenti e comunicati istituzionali
CIC biomaGUNE ha diffuso approfondimenti e materiali di supporto (schede progetto, comunicati PDF) che descrivono la strategia dei bioink ibridi e le collaborazioni interne, inclusa l’integrazione con risonanza magnetica per studiare gli effetti dei flussi sui modelli.
 

Stato dell’arte e inquadramento tecnico
Il lavoro si inserisce in una linea in crescita su embedded bioprinting per tessuti vascolarizzati e su VBP per forme complesse; letteratura recente e review tecniche delineano vantaggi/limiti e requisiti dei polimeri e delle resine bio-compatibili per ottenere risoluzione micrometrica e vitalità cellulare.
 

Impatto atteso e prossimi passi
Questi modelli multistrato e attivabili sono candidati per modellazione di malattie, screening farmacologico e, a lungo termine, innesti. Restano da ottimizzare stabilità a lungo termine, integrazione strutturale e protocolli standardizzati di coltura/sollecitazione meccanica.

Un gruppo di ricercatrici del centro spagnolo CIC biomaGUNE (San Sebastián), guidato dall’Ikerbasque researcher Dorleta Jimenez de Aberasturi con Uxue Aizarna e Malou Henriksen, ha mostrato progressi concreti nella biostampa 3D di vasi sanguigni multistrato capaci di rispondere a stimoli esterni. La soluzione coniuga bioinchiostri a base GelMA (gelatina metacrilata) ed ECM con nanoparticelle d’oro per introdurre una risposta fototermica controllabile con luce, utile a imitare il pulsare del flusso ematico. Collaborano team delle Università di Maastricht e Utrecht nei Paesi Bassi.  Materiali: GelMA + ECM + nanoparticelle d’oro

La GelMA funge da matrice biocompatibile e fotoreticolabile; l’aggiunta di componenti della matrice extracellulare migliora supporto e segnalazione cellulare. Le nanoparticelle d’oro (plasmoniche) sono integrate per trasformare la luce in calore localizzato: così si modulano stress meccanici e si simulano oscillazioni di pressione tipiche delle arterie. Questo approccio è descritto nelle note di progetto e nei comunicati di CIC biomaGUNE e in articoli di cronaca scientifica spagnoli.  

Tecniche di fabbricazione: embedded e volumetrica
Per costruire cilindri multistrato, il team impiega embedded bioprinting (stampa “immersa” in bagno di supporto) per tracciare geometrie che altrimenti collasserebbero, e biostampa volumetrica (solidificazione dell’intero volume in pochi secondi) per ottenere forme complesse e perfuse, incluse valvole funzionali che si aprono/chiudono sotto stimolo. Una preprint co-firmata con gruppi olandesi descrive un modello arterioso multistrato con bioinchiostri ibridi che mimano tunica media e tunica avventizia.  

Dove si inserisce nello stato dell’arte
Le innovazioni del polo Utrecht/UMC Utrecht sul volumetric bioprinting (VBP) hanno accelerato la formazione di tessuti di dimensioni maggiori; in combinazione con tecniche strutturali come melt electrospinning/electroprinting (MEW/MEP) si sono dimostrati vasi perfusabili meccanicamente robusti. Questo filone è ampiamente documentato da università e stampa di settore. 

Perché è importante (oggi, in laboratorio)
Modelli vascolarizzati realistici permettono test farmacologici più affidabili, studio di patologie vascolari e riduzione dell’uso di modelli animali. La convergenza tra materiali responsivi, GelMA/ECM e tecniche embedded+volumetric riduce il gap con i vasi nativi, pur restando distante l’uso clinico routinario: servono standard su perfusione stabile, maturazione tissutale e integrazione con reti capillari. Analisi e rassegne scientifiche concordano sulla natura ancora preclinica del campo. 

Confronto con altri approcci vascolarizzati
Altri gruppi hanno perseguito reti microvascolari con metodi sacrificiali (es. linea Lewis Lab di Harvard, SWIFT e co-SWIFT), complementari alla via “embedded + volumetrica” perché focalizzati sui canali cavi in matrici cellulari. Queste strategie, insieme, delineano un panorama dove la vascolarizzazione dei costrutti spessi è l’obiettivo centrale.  

Cosa aspettarsi nei prossimi passi
Le priorità tecniche includono: (1) consolidare valvole e giunzioni ramificate stampate in 3D, (2) aumentare l’anisosotropia meccanica delle pareti vascolari, (3) integrare sensori/attuatori ottotermici basati su nanoparticelle per protocolli di stimolazione controllata, (4) convergere verso standard di bioinchiostri e processi compatibili con GMP. I segnali della community (preprint, comunicati e report universitari) vanno in questa direzione