Nasce a Utrecht un centro globale per la biostampa 3D

La biostampa 3D è un argomento affascinante. Non ci siamo ancora nemmeno avvicinati a padroneggiare le possibilità offerte dalla manifattura additiva di plastiche e metalli che stiamo già sognando di stampare in 3D interi organi complessi. Dopo aver visitato il dottor Jos Malda e il nuovo centro di biostampa 3D che sta allestendo presso l’Università di Utrecht, ho capito che, anche se questo non accadrà molto presto, il futuro della biostampa 3D è tutto da scoprire e le possibilità che offre sono incredibili.

dr Malda

Il dottor Malda ha recentemente lanciato il primo Master in bioprinting, un progetto che spazia attraverso due continenti e che riunisce insieme l’Università di Utrecht e Wuerzolfsburg in Europa, con la Sidney Queensland University e la University of Wollongong in Australia, e questa non è l’unica attività in cui è coinvolto.

Tutto comincia, in particolare per quanto mi riguarda, con il corso bioprinting a cui recentemente ho avuto l’opportunità di assistere presso l’Università di Utrecht. Il concetto del corso era di dimostrare le similitudini e i punti di contatto tra stampa 3D desktop e 3D bioprinting. Io ero presente nella giornata centrale delle cinque totali, quando la discussione è passata dall’FDM alle reali possibilità del bioprinting. Prima è stato affrontato il discorso della medicina rigenerativa (la scienza della rigenerazione di organi utilizzando principalmente vari tipi di cellule e cellule staminali) poi il team si è spostato sull’utilizzo di questi materiali cellulari – possibilmente mescolati con materiali termoplastici biocompatibili – per assemblare le strutture degli organi. Questo accadrà nella nuova strutturai costruzione.

“Sarà centralizzata in un edificio a due piani”, mi ha spiegato il Dott. Malda, che ha un background in ingegneria dei bioprocessi e ha dedicato gli ultimi otto anni allo sviluppo della biostampa 3D nel complesso universitario. “Ci saranno 120 ricercatori completamente dedicati alla medicina rigenerativa e alla biofabbricazione. I nostri focus principali nelle prime fasi saranno la cartilagine e le ossa sottostanti. Per questo tipo di strutture biologiche, le tecnologie di bioprinting sono mature e lo sviluppo di bioinchiostri sta decollando in modo esponenziale. Il nostro obiettivo è di creare un polo di conoscenza incentrato a Utrecht, che possa anche raggiungere la comunità scientifica internazionale”.

bioprinter

I bioinchiostri sono i materiali “consumabili” utilizzati per la bioostampa 3D. Sono utilizzati come il filamento in una stampante FDM 3D anche se sono gelatinosi e contengono cellule vive che non non possono essere scaldate oltre temperature compatibili con la vita organica. Proprio come nella stampa 3D industriale e desktop 3D, i materiali sono la chiave per il futuro del 3D bioprinting solo che, avendo a che fare con cellule e con cellule staminali che possono trasformarsi in diversi tipi di tessuti organici, sono infinitamente più complessi. Questo significa che ciò che ci attende è un periodo di ricerca e scoperta estrema, unendo le conoscenze nel campo della medicina rigenerativa con quelle che stiamo acquisendo nel campo della manifattura digitale additiva.

Tutto questo è diventato improvvisamente chiaro quando, durante il corso, uno studente ha proposto un esperimento con un certo tipo di combinazione di materiale cellulare e il docente dell’Università di Maastricht, Lorenzo Moroni, che sta lavorando con il Dott. Malda a questo progetto ed è un esperto di una tecnologia chiamata “electrospinning”, gli ha semplicemente suggerito di fare una prova. In questo momento ci sono letteralmente centinaia di migliaia di possibilità e l’unico modo per scoprire se possano funzionare o meno è provarli. Un momento fantastico per essere (o diventare) un bioingegnere.

Detto questo, dobbiamo essere realistici. La complessità inerenti alla produzione di un organo funzionante, come un fegato o i reni sono enormi e non potranno essere superate a breve, anche se io credo che un giorno succederà. Lo crede anche il Dr. Malda solo che lui conosce anche i processi e le fasi che lo renderanno possibile.

Jos Malda bioprinting facility

“Insieme alle strutture cartilaginee auricolari e del ginocchio, stiamo lavorando sulle cellule staminali e sulla rigenerazione del fegato”, spiega. “Abbiamo bisogno di creare un modello biologico in 3D, che possiamo usare come screening o come campione di malattia per quel tessuto specifico. Una volta che saremo in grado di farlo, e che saremo in grado di farlo “maturare” correttamente, potremmo iniziare a pensare di usarlo come impianto”.

“Lo screening dei medicinali viene tradizionalmente eseguito su una superficie piana ma le cellule si comportano in modo diverso in un ambiente 3D,” continua il Dott. Malda. “Ecco perché usiamo gel per creare le strutture tridimensionali. Nel caso della pelle, le cellule sono in grado di auto riorganizzarsi e, almeno parzialmente, di assumere la stessa forma della pelle ex vivo. Possiamo così creare pelle artificiale e studiare le sue reazioni a stimoli esterni, come le ustioni. Nel caso di un fegato è molto più difficile in quanto le diverse cellule epatiche, endoteliali e muscolari non si riorganizzano da sole. Dobbiamo essere in grado di stamparle in 3D nei posti giusti, creando anche la struttura vascolare interna. ”

Se l’umanità sarà in grado di realizzare tutto questo dipenderà da due fattori: lo sviluppo bioinchiostri e la condivisione delle conoscenze tra i ricercatori che lavorano in molti campi diversi. La prima viene affrontata attraverso il progetto HydroZONES, finanziato dalla UE, che è un consorzio interdisciplinare che mira a rigenerare la cartilagine articolare attraverso a impianti a base di idrogel biofunzionali che mimano la struttura zonale tessuti e la funzione.

Hydrozones

“In questo progetto stiamo includendo diversi settori tra cui l’ortopedia, la biofarmacia e anche la scuola veterinaria all’interno dell’Università di Utrecht per creare un impianto composito stratificato formato da materiali termoplastici e idrogeli per la riparazione della cartilagine. L’assunzione di base è che la struttura stratificata della cartilagine la rende ideale per essere stampata in 3D in un tempo relativamente breve”.

La “condivisione della conoscenza” verrà implementata attraverso la Conferenza Internazionale Biofabrication 2015, che è stato appena annunciato e che si terrà a Utrecht il 7-9 novembre del prossimo anno. L’incontro multidisciplinare, co-presieduto dal Dott. Malda e il professor Moroni, sarà un punto d’incontro per ricercatori, studiosi, medici e rappresentanti del settore provenienti da tutto il mondo per scambiarsi idee e condividere intuizioni”out-of-the-box” in tutti i campi relativi alla biofabrication.

In un settore che si evolve rapidamente come il la biostampa 3D, chissà cosa di cosa parleranno tra diciotto mesi da oggi. Personalmente non vedo l’ora di scoprirlo.

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