Il futuro del bioprinting è fuori dal mondo con 3D Bioprinting Solutions

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3D Bioprinting Solutions o 3dbio in breve, ha spesso catturato l’attenzione globale per la sua attività di sensibilizzazione verso il bioprinting, conducendo esperimenti di alto profilo, che per l’esplorazione di applicazioni commerciali. Visitando il laboratorio dell’azienda a Mosca e parlando con il co-fondatore Yusef Khesuani, abbiamo scoperto che potrebbe essere esattamente il contrario: forse non stiamo parlando di 3dbio quanto dovremmo.

Tutto questo potrebbe presto cambiare visti gli annunci in arrivo nelle prossime settimane. Uno dei principali problemi che limitano la visibilità di 3dbio è probabilmente legato al fatto che l’azienda ha sede in Russia. A causa della generalizzata mancanza di consapevolezza delle questioni russe in Occidente, il modo per 3dbio di ottenere un meritato riconoscimento è stato quello di fare cose – letteralmente – fuori dal mondo: costruire la prima biostampante 3D (Fabion) in Russia nel 2014, impiantare una ghiandola tiroidea in un ratto nel 2015, sviluppare una biostampante 3D basata sulla levitazione magnetica e infine inviare (non una ma due volte) la biostampante, Organ.Aut, per stampare nello spazio sulla ISS. Era il 2018.

Ora è giunto il momento per la società di bioprinting di “tornare sulla Terra” e sfruttare la sua esperienza spaziale per avventurarsi in attività commerciali più a breve termine, come la biostampa di carne o quella in situ per innesti (graft) di tessuto. Abbiamo parlato di questo e dello status di mercato della biostampa in generale con il Dr. Khesuani.

3D Bioprinting Solutions

Nata InVitro

3D Bioprinting Solutions è stata fondata da InVitro, la più grande azienda medica privata in Russia. Altri co-fondatori dell’azienda includono  il fondatore di InVitro Alexander Ostrovsky e il CEO e CFO di Vivax Bio Yakov Balakhovsky. Vivax Bio, con sede a New York, è in realtà la società madre di 3D Bioprinting Solutions attraverso una struttura complessa che vede 3dbio come il laboratorio di ricerca principale utilizzato per alimentare idee per nuove startup commerciali basate sulla biostampa.

“Speriamo che i nostri sforzi di ricerca e sviluppo servano a creare nuovi spin-off che funzioneranno come start-up aziendali”, ci spiega il Dr. Khesuani. “3dbio non è una startup classica. Siamo qui per gettare le basi della scienza e dare indicazioni. Lanceremo una nuova startup il prossimo gennaio, concentrandoci sul bioprinting di carne artificiale (o bioficiale) e sulla base dell’esperimento riuscito che abbiamo condotto stampando carne sulla ISS, insieme ad Aleph Farms. In questo caso, abbiamo utilizzato fonti di cellule muscolari bovine fornite da Aleph Farms e le abbiamo combinate con le nostre tecnologie di bioprinting”.

3D Bioprinting Solutions

Mentre la carne artificiale può essere più vicina alla commercializzazione, l’obiettivo finale di 3dbio è sempre stato quello di produrre organi umani. Khesuani sottolinea come le biostampanti oggi siano fatte principalmente per “stampare “articoli scientifici piuttosto che organi o tessuti impiantabili”. Le biostampanti sono anche utilizzate per la scoperta di farmaci da aziende come Organovo, un’altra società che ha iniziato con l’obiettivo di stampare organi e poi è passata alla ricerca sui farmaci. Khesuani ritiene che “il processo di analisi della scoperta di farmaci per i tessuti biostampati sia ancora troppo incompleto per attirare grandi aziende farmaceutiche”.

Dallo spazio…

Una differenza fondamentale tra 3dbio e altre società bioprinting è che, dopo Fabion e Fabion 2 Syestems, che si basano su diversi tipi di estrusione, deposizione e processi di polimerizzazione, ora l’azienda si è concentrata su un  approccio volumetrico per il bioprinting nella microgravità dello spazio. Mentre i sistemi di estrusione e deposizione sono considerati ideali per organi “piatti”e stratificati, come la cartilagine e la pelle, gli organi più “tubolari” e complessi, come ad esempio ‘uretra, necessitano di un approccio più tridimensionale.

Usando il sistema magnetico Organ.Aut e sviluppando anche un nuovo sistema di controllo basato sulle onde sonore, per controllare i materiali cellulari nella microgravità, la tecnica volumetrica di 3dbio è in grado di produrre costrutti più complessi senza bisogno di scaffold. La biostampante adesso sulla ISS utilizza campi magnetici per controllare i materiali cellulari. Usando la microgravità come co-fattore, implementa un approccio formativo privo di impalcature, di ugelli e di indicatori (cioè senza bisogno di usare nanoparticelle magnetiche). I ricercatori di 3dbio hanno anche mostrato una prima versione del sistema a onde sonore (nel video sopra). In teoria, uno potrebbe essere usato per distribuire il materiale sugli assi X e Y mentre l’altro potrebbe essere usato per controllarli lungo l’asse Z.

3D Bioprinting Solutions

Visitando il laboratorio di 3dbio e si parlando con il Dr. Khesuani, l’orbita della Terra, all’improvviso, sembra molto più vicina. Le forniture di 3dbio vanno regolarmente su e giù dalla ISS, in appositi contenitori che hanno persino un timbro che dimostra il loro transito sulla ISS (vedi foto sopra). In generale, tutta Mosca sembra avere un rapporto particolarmente stretto con lo spazio. Quando 3dbio si è rivolto a Roscosmos – l’agenzia spaziale russa, per proporre il progetto di biostampa nello spazio nel 2014, la sua proposta è stata accolta con entusiasmo. Il progetto è stato condotto molto rapidamente, nonostante il primo lancio fallito. Ora sorridendo, Khesuani ha rivelato che la biostampante che è ricaduta sulla Terra, da un’altezza di circa 80.000 metri, era in realtà ancora funzionante e sarà esposta al Museo Spaziale di Mosca a marzo.

… In situ

Un altro approccio alla biostampa che 3dbio sta esplorando è quello dell’utilizzo di un robot multiasse per il bioprinting 3D in-situ (considerato anche questo un tipo di stampa 3D volumetrica). “Abbiamo lavorato con Kuka per usare uno dei loro robot per la stampa 3D di innesti di tessuto direttamente sul corpo e presto annunceremo un’altra startup focalizzata su questa tecnica”, rivela Khesuani. “Abbiamo implementato i nostri ugelli sul braccio robotizzato per stampare direttamente sui difetti della pelle. Un problema chiave che stiamo affrontando è che il nostro sistema sarà in grado di utilizzare gli algoritmi di visione artificiale e di apprendimento automatico al fine di compensare i movimenti del corpo di un organismo vivente mentre respira.

Insieme al software, 3dbio ha sviluppato una serie di innovazioni per rendere veramente efficace l’innesto cutaneo. Saranno presentati ufficialmente il prossimo 6 dicembre, in una presentazione congiunta con Kuka. I primi esperimenti saranno condotti su suini di piccola taglia. Alcuni esperimenti sono già stati condotti con successo sui ratti, tuttavia, Khesuani ha spiegato che esiste un divario significativo tra gli esperimenti su animali piccoli e grandi e un divario ancora più grande tra animali di grandi dimensioni e umani. “Ci aspettiamo di avere i risultati dei test per la biostampa in-situ sui maiali l’anno prossimo”, ha detto.

Un boccone di biomateriali

Se il bioprinting può richiedere ancora anni per portare reali applicazioni commerciali, cosa dire sulla carne biostampata? La risposta sta nel significato di carne. Proprio come le applicazioni industriali, per sfruttare appieno i vantaggi della produzione digitale additiva dobbiamo reinventare completamente i prodotti alimentari. Questo è uno dei motivi per cui c’è così tanto interesse per il bioprinting nello spazio, in cui gli astronauti e i cosmonauti sono oggi obbligati a mangiare prodotti alimentari simili ai dei puree.

“Molte persone pensano che l’obiettivo sia la biostampa di una bistecca”, spiega Khesuani. “Se questo è l’obiettivo finale, la medicina rigenerativa potrebbe effettivamente essere più vicina. Quello che dobbiamo fare è immaginare nuovi prodotti alimentari basati sull’agricoltura cellulare. Persino snack come Mars o Snickers furono inventati per scopi militari negli anni ’50 e ’60. Dobbiamo pensare a prodotti alimentari che non esistono oggi”.

Uno dei limiti più grandi, negli alimenti come nel bioprinting medico, è la mancanza di adeguati materiali cellulari. “È quasi come avere Google senza Internet”, afferma Khesuani. “Abbiamo le stampanti per navigare ma mancano i materiali su cui navigare”. Per applicazioni mediche in situ, 3dbio ha sviluppato la linea Viscoll di materiali in collagene, adatti a qualsiasi biostampante 3D. È una soluzione sterile concentrata di collagene di tipo 1 altamente purificato che può essere anche utilizzata per stampare direttamente. È stata progettata per l’ingegneria dei costrutti tessutali tridimensionali biocompatibili e non tossici ideali per la ricostruzione dei tessuti e la medicina rigenerativa. Una caratteristica unica della gamma di idrogel Viscoll è l’uso di una soluzione viscosa di collagene con un valore di pH fisiologico, che consente l’aggiunta di cellule viventi o sferoidi senza neutralizzazione prima della biostampa 3D. Ciò riduce significativamente il tempo e gli sforzi spesi per condurre esperimenti e aumenta la vitalità del materiale biologico.

L’ampia gamma di concentrazioni di collagene consente alle ricerche di produrre progetti con diverse densità meccaniche e tassi di bioresorbimento, a seconda del loro scopo biomedico e del tipo di cellule utilizzate: fibroblasti, cellule stromali mesenchimali multipotenti, cellule di isole pancreatiche e così via. La presenza di qualsiasi tipo di collagene IV o altre proteine ​​ECM (Vitronectina, Fibronectina, Laminina) nell’idrogel determina il tipo di tessuto specifico dei costrutti: pelle, tessuto osseo o cartilagineo, vasi sanguigni e parenchima degli organi interni.

Andare dove nessuna biostampante è mai stata prima

La vendita di biostampanti è anche una possibile attività commerciale e diversi sistemi FABION sono al momento installati in tutto il mondo. Khesuani non si aspetta che questo diventi mai un core business per 3dbio poiché il funzionamento di queste macchine richiede un’esperienza di ingegneria che non si trova spesso in un laboratorio scientifico. I sistemi sono generalmente installati in istituti che collaborano direttamente con 3dbio nello sviluppo di nuove applicazioni.

“Dobbiamo essere ottimisti – afferma Khesuani -. Quando abbiamo iniziato c’erano forse sei aziende di bioprinting in tutto il mondo, ora ce ne sono oltre 80 tra cui alcune, come CELLINK, che hanno un ottimo modello di business, sebbene diverso dal nostro. Il nostro obiettivo era sempre quello di stampare organi umani. Dobbiamo concentrarci su questo, piuttosto che sulla vendita di più macchine ”. Khesuani crede che altre possibili aree di espansione potrebbero essere lo sviluppo di dispositivi medici e un nuovo segmento B2S – business to science -, in cui 3dbio potrebbe fornire risultati scientifici da esperimenti e aiutare a commercializzarli, come stanno facendo con la biostampante nello spazio.

Uno di questi risultati, ottenuto anche nello spazio, era la crescita di cristalli proteici, un altro era lo sviluppo di nuovi materiali nello spazio da utilizzare nella medicina rigenerativa. Ancora un altro era la produzione di strutture 3D usando batteri, anche nello spazio, per studiare la resistenza agli antibiotici. 3dbio continua a costruire reti con alcune delle università più prestigiose del mondo e sta entrando in trattative con altre agenzie spaziali come ESA e JAXA. Il prossimo passo sarà la next-gen di biostampanti magnetiche e acustiche per il bioassemblaggio volumetrico. 3dbio continua ad andare dove nessun’altra azienda di bioprinting è mai stata prima costruendo il mercato delle applicazioni di bioprinting anche qui sulla Terra.

Autore Andrea Gambini

Mi piace leggere e scrivere da sempre. Ho iniziato a lavorare in redazione come giornalista sportivo nel 2008, poi la passione per il giornalismo e per il mondo della comunicazione in generale, mi ha permesso di ampliare notevolmente i miei interessi, arrivando negli anni a collaborare con le più svariate testate giornalistiche online. Mi sono poi avvicinato alla stampa 3D, colpito dalle grandissime potenzialità di questa nuova tecnologia, che giorno dopo giorno mi hanno spinto a informarmi sempre più su quella che considero una vera rivoluzione che si farà presto sentire in tantissimi campi della nostra vita quotidiana.

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