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Ricercatori stampano volumetricamente in 3D unità funzionali di tessuto epatico

I notevoli risultati ottenuti nel bioprinting volumetrico aprono nuove opportunità per la medicina rigenerativa e lo sviluppo di farmaci

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Un team dell’Università di Utrecht (Paesi Bassi), che lavora su nuove tecnologie di biostampa 3D e sulla loro applicazione in medicina e ricerca biomedica, ha appena pubblicato un nuovo studio sulla biostampa volumetrica di unità epatiche funzionali su larga scala. Lo studio, intitolato “Volumetric Bioprinting of Organoids and Optically Tuned Hydrogels to Build Liver-Like Metabolic Biofactories”, è stato pubblicato sulla rivista Advanced Materials (Wiley), una delle principali riviste scientifiche di scienza dei materiali e stampa 3D. È ad accesso libero, attualmente pubblicato in formato elettronico prima della stampa, con più cifre e contenuti disponibili nelle informazioni supplementari.

Come ha detto a 3dpbm Riccardo Levato, professore associato dell’Università di Utrecht e uno degli autori dello studio, i ricercatori sono stati in grado di bioprinting volumetrico ultra-veloce (<20 secondi) di unità epatiche ingegnerizzate su larga scala (>1 cm3), che sono funzionali e in grado di eseguire i processi chiave di eliminazione delle tossine che i fegati naturali svolgono nel nostro corpo. Per raggiungere questa svolta, hanno sviluppato un nuovo metodo per eseguire la biostampa volumetrica mediante tomografia a luce visibile. La capacità di biostampare unità funzionali del fegato così grandi aprirà nuove opportunità per la medicina rigenerativa e i test di sviluppo di farmaci (DDT).

In precedenza, nel 2019, 3dpbm ha raccontato la storia del traguardo raggiunto dallo stesso team quando ha aperto la strada per la prima volta a questa tecnologia senza livelli nel regno della biofabbricazione. Va notato che la biostampa volumetrica, un tipo di stampa 3D che consente la costruzione di parti e costrutti da tutti i lati allo stesso tempo, è considerata la chiave per ottenere la biostampa 3D di organi complessi in futuro. Da quel lavoro è nato uno spin-off dei collaboratori del team di Losanna, Readily3D (che è anche coinvolto in questo nuovo studio).

Vedere attraverso le cellule

Un team dell'Università di Utrecht ha pubblicato un nuovo studio sulla biostampa volumetrica di unità epatiche funzionali su larga scalaIl team di ricerca ha sviluppato in echnique “rendere le cellule trasparenti”, in modo che potessero superare uno dei principali limiti della stampa volumetrica, ovvero evitare gli artefatti di stampa e la perdita di risoluzione dovuta alla dispersione della luce causata dalle cellule. In questo modo, la biostampa volumetrica diventa veramente accessibile a tutte le applicazioni di stampa cellulare. Poiché la stampa volumetrica si basa sulla precisa modellazione della luce in 3D, in genere è possibile solo con materiali altamente trasparenti. Tuttavia, le cellule ad alte concentrazioni possono disperdere la luce, al punto da impedire alcune stampe.

In questo lavoro, i ricercatori hanno sviluppato una nuova formulazione di materiale utilizzando un composto biocompatibile, utilizzato oggi in medicina come agente di contrasto per l’angiografia coronarica (iodixanolo) che può essenzialmente “rendere le cellule trasparenti”. In questo modo, possono consentire un’elevata fedeltà di stampa anche con un’elevata densità cellulare, necessaria per le applicazioni di ingegneria dei tessuti. Inoltre, strategie simili potrebbero essere utilizzate al di fuori del regno della biostampa, ad esempio per stampare resine composite con micro e nanoparticelle (ceramiche, metalli, ecc.).

I ricercatori sono stati in grado di costruire una grande unità epatica (>1 cm3) vitale e funzionale, per la prima volta stampando organoidi. Gli organoidi sono unità miniaturizzate (max 1 mm), costituite da cellule staminali che copiano alcuni aspetti del loro tessuto di riferimento. Da soli, non possono essere facilmente assemblati in grandi strutture, necessarie per imitare gli organi umani, limitando la loro capacità di essere utilizzati in contesti clinici. L’uso di luce sicura, velocità di fabbricazione ultrarapida e la natura senza contatto della biostampa volumetrica (in modo che non ci sia stress da taglio sulle cellule) consentono di mantenere gli organoidi sicuri e vivi.

La funzione biologica segue la forma (stampata).

Il team di ricerca dell’Università di Utrecht ha dimostrato come la stampa di cellule in diverse architetture 3D può aumentare la loro capacità di funzionare come fegato, un’indicazione che la biostampa può davvero essere utilizzata per migliorare la somiglianza funzionale tra le strutture stampate e i tessuti nativi. Lo hanno anche dimostrato mostrando come l’architettura stampata abbia migliorato con successo la capacità degli organoidi di disintossicare ed eliminare i composti che potrebbero essere dannosi per il nostro corpo. “Tramite la biostampa, creiamo anche diverse strutture porose che possono essere perfuse con i nutrienti e “sostituiamo” il ruolo dei vasi sanguigni”, ha detto Riccardo Levato a 3dpbm. “Queste unità epatiche biostampate di tali dimensioni clinicamente rilevanti aprono nuove opportunità per la medicina rigenerativa e per lo sviluppo di nuovi modelli specifici per il paziente per studiare nuovi farmaci contro le malattie del fegato”.

Il team dell'Università di Utrecht produce unità funzionali epatiche mediante bioprinting volumetrico che apre opportunità per la medicina rigenerativa e il DDT
Panoramica del processo di stampa volumetrica ad alta risoluzione e progettazione dello studio. A) Rappresentazione schematica del processo di stampa volumetrica. BC) Stampe ad alta risoluzione di B) positive e C) caratteristiche negative completamente perfusabili ottenute con la bioresina LAP 5% gelMA + 0,1% LAP utilizzata in questo studio (barre della scala = 1 mm). I campioni sono stati ripresi durante l’immersione in PBS subito dopo la stampa. D) Schema del sistema di coltura degli organoidi epatici, a partire da biopsie epatiche umane e isolamento in singole cellule, che vengono quindi coltivate dinamicamente in un sistema di muffole spinner per stabilire rese elevate di epiteliale cavo strutture organoidi (barra della scala dell’immagine al microscopio = 250 μm). E) Illustrazione di una biofabbrica stampata complessa e carica di organoidi coltivata in perfusione dinamica a Questo articolo è protetto da copyright. Tutti i diritti riservati.41migliorare la funzione epatica, che mostra una rappresentazione della scomposizione dei composti perfusi (cerchi viola) in metaboliti (quadrati neri). Figura 2: Effetto della densità unicellulare e organoide sull’accuratezza volumetrica della biostampa in assenza di correzioni ottiche. Spessore delle caratteristiche fini nei costrutti stampati a dosi di luce crescenti (250 –625 mJ cm-2) con bioresine contenenti diverse densità di (A) singola cellula e (B) organoide (1 –5 x 106 cellule mL-1). La linea tratteggiata rappresenta la dimensione della caratteristica programmata del modello stampato (selezionata per essere 500 μm per adattarsi alla dimensione degli organoidi stampati) (n = 3). Spessore delle caratteristiche fini nei costrutti stampati a dosi di luce crescenti (250 –625 mJ cm-2) con bioresine contenenti diverse densità di (A) singola cellula e (B) organoide (1 –5 x 106 cellule mL-1). La linea tratteggiata rappresenta la dimensione della caratteristica programmata del modello stampato (selezionata per essere 500 μm per adattarsi alla dimensione degli organoidi stampati) (n = 3). Spessore delle caratteristiche fini nei costrutti stampati a dosi di luce crescenti (250 –625 mJ cm-2) con bioresine contenenti diverse densità di (A) singola cellula e (B) organoide (1 –5 x 106 cellule mL-1). La linea tratteggiata rappresenta la dimensione della caratteristica programmata del modello stampato (selezionata per essere 500 μm per adattarsi alla dimensione degli organoidi stampati) (n = 3).

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Davide Sher

Sono un giornalista professionista iscritto all'ODG dal 2002 e mi sono sempre occupato di comunicazione trade. Per 10 anni ho redatto una testata dedicata al mercato dei videogiochi e successivamente ho partecipato alla creazione del primo iPad magazine dedicato all'elettronica di consumo. Dal 2012, mi occupo esclusivamente di stampa 3D/manifattura additiva, che vedo come la più affascinante e reale delle tecnologie oggi agli albori ma che plasmeranno il nostro futuro. Ho fondato Replicatore.it nel 2013 e ho scritto come blogger per diversi siti internazionali. Nel 2016 ho fondato la mia società 3dpbm (www.3dpbm.com), con base a Londra, che offre servizi di supporto alle aziende che vogliono comunicare, sia in Italia che nel mondo, i loro prodotti legati alla manifattura additiva. Oggi pubblichiamo diverse testate internazionali tra cui 3D Printing Media Network (il nostro sito editoriale internazionale), 3D Printing Business Directory (la più grande directory al mondo di aziende legate alla stampa 3D), Replicatore.it, Replicador.es e 3D Printing Media Network Chinese Version.

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