I vasi sanguigni biostampati in 3D portano nuova linfa alla ricerca
Alcuni progetti sono così difficili, ma al contempo hanno un potenziale così elevato per l’umanità intera, che hanno bisogno di essere gestiti come collaborazioni, guidate dal governo, tra i principali istituti di ricerca mondiali e importanti professionisti.
Il progetto Genoma era uno di questi, così come il progetto Connettoma attualmente in corso. Un altro di questi progetti è ArtiVasc 3D, che si concentra sulla vascolarizzazione e potrebbe essere la chiave per ottenere la pelle biostampata.
Nell’ambito di questo progetto, l’Istituto Fraunhofer ha appena annunciato una svolta nella biostampa dei vasi sanguigni artificiali. La vascolarizzazione è una delle questioni più importanti per lo sviluppo dei tessuti molli. È necessaria per fornire nutrimento alle cellule all’interno di un tessuto multistrato, nella pelle artificiale (o bioficiale).
Il gruppo multidisciplinare di ArtiVasc 3D, finanziato dall’Unione europea e composto da ingegneri, fisici, chimici, biologi e medici, sta lavorando allo sviluppo di processi standardizzati per la produzione di strutture e per coltivare pelle vascolarizzata rapidamente e a costi ridotti.
Un gruppo di ricercatori presso l’Istituto Fraunhofer per la Tecnologia Laser (ILT) ha sviluppato un processo di stampa 3D per la produzione di vasi sanguigni artificiali basato su materiali innovativi. In questo modo hanno posto le basi per coltivare un modello di pelle con strati di spessore decisamente superiore rispetto a quanto possibile in precedenza.
Fino a oggi, il problema con la pelle biostampata è che funziona bene con i modelli 2D poiché le cellule sono esposte e possono facilmente ottenere nutrimenti e ossigeno. Per modelli 3D realistici, invece, un sistema di vasi sanguigni deve essere in grado di fornire nutrimento e ossigeno alle cellule che sono posizionate negli strati inferiori (interni). Inoltre questo sistema geometricamente complesso di vasi sanguigni ha bisogno di essere composto di materiali differenti da quelli circostanti, e così richiede abilità di stampa 3D multi-materiale ad alta precisione.
Il gruppo di Fraunhofer ha spiegato che è stato possibile solamente coltivare gli strati superiori della pelle – l’epidermide e il derma – con uno spessore totale fino a 200 micrometri al di fuori del corpo umano. Un sistema di pelle completo, comunque, include anche il tessuto sub cutaneo che ha uno spessore di parecchi millimetri. Se qualcuno volesse co-coltivare l’ipodermide, sono indispensabili i vasi sanguigni che irrorino questo tessuto poiché, il sangue è un requisito assolutamente necessario affichè le cellule si aggreghino.
Perché i vasi sanguigni biostampati siano usati nel corpo umano devono avere proprietà meccaniche corrette, biocompatibilità e una totale biostampabilità. Inoltre le cellule endoteliali e i periciti, le cellule che formano i vasi sanguigni, devono essere in grado di colonizzarli. Per ottenere questo risultato i ricercatori del Fraunhofer hanno usato una combinazione di stereolitografia (per la struttura) e di biostampa a estrusione (descritta come una stampa a getto d’inchiostro, dove le meccaniche di deposizione dei biomateriali e le tecnologie a getto tendono a fondersi), per depositare i materiali.
Sono stati così in grado di ottenere vasi sanguigni ramificati porosi con spessore di circa 20 micron. Usando un software di modellazione 3D e un polimero sintetico a base di acrilato, sviluppato appositamente per questo progetto, sono stati anche in grado di costruire questi vasi ottimizzati con un diametro dei pori dell’ordine di un centinaio di micron. Secondo gli scienziati di Fraunhofer, questi risultati possono essere visti come precursori di una catena di processo completamente automatizzata per la produzione di vasi sanguigni artificiali che possano essere integrati in linee esistenti.
Un altro punto forte del progetto è il successo dell’alimentazione del tessuto adiposo in un nuovo bioreattore. La combinazione del tessuto grasso con un modello di pelle esistente ha permesso la produzione di un modello di pelle con uno spessore fino a 12 millimetri.
Questo, comunque, è solo l’inizio delle possibilità che i vasi sanguigni funzionanti biostampati aprono alla ricerca di organi bioficiali. Usando il principio della circolazione sanguigna con i vasi sanguigni artificiali, gli ingegneri medici saranno in grado, nel futuro, di costruire strutture grandi quanto interi organi. Il progetto ArtiVasc 3D, che coinvolge 19 università e istituti di ricerca ha come obiettivo non solo sviluppare i vasi sanguigni, ma la tecnologia per biostampare l’intero sistema della pelle entro quattro anni.
Il primo passo è stato raggiunto e il resto sembra alla portata. Forse gli organi stampati 3D non sono così lontani, dopo tutto.
