Harvard fa scorrere il sangue negli organi bio-stampati in 3D

zigzag-650pxI tessuti umani artificiali biostampati rappresentano la promessa di un futuro in cui qualsiasi parte del nostro corpo fisico potrà essere sostituita, a partire da cartilagine e tessuti molli fino ad organi completi e funzionanti come pelle, fegato e reni. Grazie a aziende come Organovo, GESIM, EnvisionTEC, e molte altre, gli scienziati hanno oggi accesso a bioplotters, macchine in grado di stampare tessuti biologici attraverso un processo simile alla stampa inkjet.

Al posto dell’inchiostro, queste macchine utilizzano degli idrogel, che sono gel composti da cellule vive. Questi gel sono assemblati seguenti le istruzioni CAD per formare i tessuti. Il bioprinting ha compito giganteschi passi avanti in questi ultimi mesi, ma il più grande ostacolo ancora da superare  il motivo per cui gli scienziati non erano ancora in grado di darci anche una stima – anche solo approssimativa – di quando saremmo stati in grado di avere organi stampati perfettamente funzionanti, era la vascolarizzazione .

Ciò significa la pelle o il tessuto dei reni e fegato hanno bisogno di avere una rete capillare dei vasi sanguigni che li attraversano, per trasportare ossigeno e tenerli in vita. All’interno del tessuto questi vasi sanguigni diventano sempre più microscopiche : ricrearli digitalmente attraverso l’estrusore di idrogel non è un compito facile .

Ma gli scienziati della Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) e del  Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering at Harvard University ce l’hanno fatta. Hanno sviluppato un nuovo metodo di bioprinting che crea tessuti tridimensionali con diversi tipi di cellule e vasi sanguigni estremamente precisi.

“Questo è un passo fondamentale verso la creazione di tessuti organici artificiali funzionanti”, ha detto Jennifer A. Lewis , autore dello studio. Prima di arrivare a stampare in 3D interi organi, però, il primo obiettivo degli scienziati è la creazione di tessuto umano artificiale sufficientemente “reale” per testare la sicurezza e l’efficacia dei farmaci.

Per farlo già oggi si possono usare diversi ” bio-inchiostri ” (in forma di idrogel ) per stampare in 2D strati molto sottili di tessuto organico. Quando gli strati si sommano gli uni sugli altri e diventano più spessi (e quindi tridimensionali), le cellule negli strati interni muoiono perché l’ossigeno non può raggiungerle. Questo è esattamente il motivo per cui la vascolarizzazione è così importante .

Gli scienziati di Harvard sono riusciti a sviluppare un nuovo bio-inchiostro che ha semplificato la creazione dei vasi sanguigni all’interno degli strati. Un bio-inchiostro è stato usato per stampare la matrice extracellulare, il materiale biologico che tiene unite le cellule per formare i tessuti. Un secondo bio-inchiostro è stato usato per contenere sia la matrice e che le cellule viventi. Entrambi questi bio-inchiostri tendono a liquefarsi scaldandosi e si solidificano raffreddandosi. Il nuovo bio-inchiostro, invece, si sciogli quando viene raffreddato. Così è stato usato per creare e rete interconnessa di filamenti che sono poi stati colati – mentre il tessuto biologico intorno si raffreddava e solidificava – lasciandosi dietro una rete di minuscoli tubi cavi.

Il sistema è stato poi testato per la costruzione di diversi tessuti e con una varietà di architetture complesse, tutti con vasi sanguigni e contenenti tre differenti tipi di cellule. Successivamente sono state iniettate cellule endoteliali umane (il tipo di cellule che rivestono l’interno dei vasi sanguigni): le cellule sono rimaste in vita e sono anche cresciute.

“Gli ingegneri biologici aspettano da tempo un metodo come questo”, ha spiegato Don Ingber, Judah Folkman Professore di Biologia Vascolare e Professore di Bioingegneria ad Harvard e direttore/fondatore dell’Istituto Wyss. “La capacità di formare reti vascolari funzionali nei tessuti stampati in 3D prima dell’impianto ci permette non solo di creare tessuti più spessi ma ci permetterà anche di collegare chirurgicamente queste reti alla vascolarizzazione naturale per promuovere la perfusione immediata del tessuto impiantato, il che dovrebbe notevolmente ridurre le crisi di rigetto e aumentare la sopravvivenza”.

In futuro questi tessuti artificiali verranno progettati secondo i dati della TAC, disegnati e modificati attraverso i software CAD (Autodesk in particolare punta particolarmente sull’utilizzo di AutoCAD nella bio-ingegneria legata alla biostampa 3D), stampati in 3D da bioplotter e biostampanti solo premendo un pulsante, e utilizzati dai chirurghi per riparare o sostituire tessuti danneggiato o malati.
Solo lo scorso novembre, la possibilità di creare con successo tessuti artificiali vascolarizzati sembrava ancora molto lontana. Invece era ancora più vicina di quanto chiunque potesse immaginare. Ma con i sempre più rapidi progressi della stampata 3D in ogni settore questa non è una sorpresa.

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