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Ricercatori hanno usato pelle stampata in 3D per chiudere le ferite

Il materiale contenente i precursori del follicolo pilifero può avere implicazioni per una chirurgia ricostruttiva dall’aspetto più naturale

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Secondo i ricercatori della Penn State, che recentemente hanno sfruttato le cellule adipose e le strutture di supporto del tessuto umano procurato clinicamente per correggere con precisione le lesioni nei ratti, il tessuto adiposo è la chiave per stampare in 3D la pelle vivente a strati e potenzialmente i follicoli piliferi. Il progresso potrebbe avere implicazioni per la chirurgia ricostruttiva del viso e persino per i trattamenti per la crescita dei capelli negli esseri umani.

A febbraio, l’Ufficio brevetti e marchi degli Stati Uniti ha concesso al team un brevetto per la tecnologia di bioprinting sviluppata e utilizzata nello studio, i cui risultati sono stati pubblicati su Bioactive Materials.

“La chirurgia ricostruttiva per correggere traumi al viso o alla testa dovuti a lesioni o malattie è solitamente imperfetta, con conseguenti cicatrici o perdita permanente di capelli”, ha affermato Ibrahim T. Ozbolat, professore di ingegneria e meccanica, ingegneria biomedica e neurochirurgia alla Penn State, che ha guidato la collaborazione internazionale. “Con questo lavoro, dimostriamo che la pelle biostampata a tutto spessore ha il potenziale per far crescere i peli nei ratti. Questo è un passo avanti verso la possibilità di ottenere una ricostruzione della testa e del viso più naturale ed esteticamente gradevole negli esseri umani”.

Mentre gli scienziati hanno precedentemente biostampato in 3D strati sottili di pelle, Ozbolat e il suo team sono i primi a stampare in modo intraoperatorio un sistema vivente completo di più strati di pelle, compreso lo strato più inferiore o ipoderma. Il termine intraoperatorio si riferisce alla capacità di stampare il tessuto durante l’intervento chirurgico, il che significa che l’approccio può essere utilizzato per riparare più immediatamente e senza soluzione di continuità la pelle danneggiata. Lo strato superiore, l’epidermide che funge da pelle visibile, si forma da solo con il supporto dello strato intermedio, quindi non richiede stampa. L’ipoderma, costituito da tessuto connettivo e grasso, fornisce struttura e supporto al cranio.

“L’ipoderma è direttamente coinvolto nel processo attraverso il quale le cellule staminali diventano grasso”, ha detto Ozbolat. “Questo processo è fondamentale per diversi processi vitali, inclusa la guarigione delle ferite. Ha anche un ruolo nel ciclo del follicolo pilifero, in particolare nel facilitare la crescita dei capelli”.

I ricercatori hanno iniziato con il tessuto adiposo umano ottenuto da pazienti sottoposti a intervento chirurgico presso il Penn State Health Milton S. Hershey Medical Center. Il collaboratore Dino J. Ravnic, professore associato di chirurgia presso la Divisione di Chirurgia Plastica del Penn State College of Medicine, ha guidato il suo laboratorio nell’ottenere il grasso per l’estrazione della matrice extracellulare – la rete di molecole e proteine ​​che fornisce struttura e stabilità al tessuto tessuto – per creare un componente del bioinchiostro.

Il team di Ravnic ha anche ottenuto cellule staminali, che hanno il potenziale per maturare in diversi tipi di cellule se fornito l’ambiente corretto, dal tessuto adiposo per creare un altro componente del bioinchiostro. Ciascun componente è stato caricato in uno dei tre scomparti della biostampante. Il terzo compartimento è stato riempito con una soluzione coagulante che aiuta gli altri componenti a legarsi correttamente al sito leso.

“I tre compartimenti ci permettono di co-stampare la miscela matrice-fibrinogeno insieme alle cellule staminali con un controllo preciso”, ha detto Ozbolat. “Abbiamo stampato direttamente nel sito della lesione con l’obiettivo di formare l’ipoderma, che aiuta nella guarigione delle ferite, nella generazione di follicoli piliferi, nella regolazione della temperatura e altro ancora.”

I ricercatori hanno realizzato sia gli strati dell’ipoderma che quelli del derma, con l’epidermide che si è formata da sola entro due settimane.

“Abbiamo condotto tre serie di studi sui ratti per comprendere meglio il ruolo della matrice adiposa e abbiamo scoperto che la consegna congiunta della matrice e delle cellule staminali era cruciale per la formazione ipodermica”, ha affermato Ozbolat. “Non funziona in modo efficace solo con le cellule o solo con la matrice: deve funzionare contemporaneamente”.

Si è anche scoperto che l’ipoderma conteneva escrescenze – la fase iniziale della formazione precoce del follicolo pilifero. Secondo i ricercatori, anche se le cellule adipose non contribuiscono direttamente alla struttura cellulare dei follicoli piliferi, sono coinvolte nella loro regolazione e mantenimento.

“Nei nostri esperimenti, le cellule adipose potrebbero aver alterato la matrice extracellulare per supportare maggiormente la formazione della crescita verso il basso”, ha affermato Ozbolat. “Stiamo lavorando per portare avanti questo processo, per far maturare i follicoli piliferi con densità, direzionalità e crescita controllate”.

Secondo Ozbolat, la capacità di far crescere con precisione i capelli in siti feriti o malati di trauma può limitare il modo in cui può apparire la chirurgia ricostruttiva naturale. Ha detto che questo lavoro offre un “percorso promettente”, soprattutto in combinazione con altri progetti del suo laboratorio che coinvolgono la stampa di ossa e lo studio di come abbinare la pigmentazione su una gamma di tonalità della pelle.

“Crediamo che questo potrebbe essere applicato in dermatologia, trapianti di capelli e interventi di chirurgia plastica e ricostruttiva – potrebbe portare a risultati molto più estetici”, ha affermato Ozbolat. “Grazie alla capacità di bioprinting completamente automatizzata e ai materiali compatibili di grado clinico, questa tecnologia può avere un impatto significativo sulla traduzione clinica della pelle ricostruita con precisione”.

Il National Institutes of Health e il Consiglio di ricerca scientifica e tecnologica di Türkiye hanno sostenuto questo lavoro.

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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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