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TU Wien sviluppa una tecnica per sostituire i tessuti utilizzando la stampa 3D

Il processo di stampa 3D ad alta risoluzione viene utilizzato per creare minuscole sfere porose in plastica biocompatibile e degradabile, che vengono poi colonizzate da cellule

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Secondo l’Università della Tecnologia di Vienna (TU Wien), i ricercatori hanno creato una nuova tecnica di stampa 3D che consente la produzione in laboratorio di tessuto per sostituire, ad esempio, la cartilagine danneggiata.

In questa tecnica, un processo di stampa 3D ad alta risoluzione viene utilizzato per creare minuscole sfere porose realizzate in plastica biocompatibile e degradabile, che vengono poi colonizzate con le cellule. Questi sferoidi possono quindi essere disposti secondo qualsiasi geometria e le cellule delle diverse unità si combinano perfettamente per formare un tessuto vivente uniforme. Il tessuto cartilagineo, con il quale il concetto è stato ora dimostrato alla TU Wien, era precedentemente considerato particolarmente impegnativo sotto questo aspetto.

Piccole gabbie sferiche

“Coltivare cellule cartilaginee da cellule staminali non è la sfida più grande. Il problema principale è che di solito si ha poco controllo sulla forma del tessuto risultante”, ha affermato Oliver Kopinski-Grünwald dell’Istituto di scienza e tecnologia dei materiali della TU Wien, uno degli autori dello studio. “Ciò è dovuto anche al fatto che tali gruppi di cellule staminali cambiano forma nel tempo e spesso si restringono”.

Per evitare ciò, il gruppo di ricerca della TU Wien sta lavorando con sistemi di stampa 3D ad alta risoluzione basati su laser appositamente sviluppati per creare minuscole strutture simili a gabbie che sembrano mini palloni da calcio e hanno un diametro di appena un terzo di millimetro. Questi fungono da struttura di supporto e formano blocchi compatti che possono poi essere assemblati in qualsiasi forma.

TU Wien sviluppa una tecnica per sostituire i tessuti utilizzando la stampa 3D. Il processo ad alta risoluzione viene utilizzato per creare sfere minuscole e porose.

Le cellule staminali vengono prima introdotte in queste mini-gabbie a forma di pallone da calcio, che riempiono rapidamente il minuscolo volume. “In questo modo possiamo produrre in modo affidabile elementi tissutali in cui le cellule sono distribuite uniformemente e la densità cellulare è molto elevata. Ciò non sarebbe stato possibile con gli approcci precedenti”, ha affermato il prof. Aleksandr Ovsianikov, capo del gruppo di ricerca sulla stampa 3D e la biofabbricazione presso la TU Wien.

Crescere insieme

Il team ha utilizzato cellule staminali differenziate, ovvero cellule staminali che non possono più svilupparsi in nessun tipo di tessuto, ma sono già predeterminate per formare un tipo specifico di tessuto, in questo caso il tessuto cartilagineo. Tali cellule sono particolarmente interessanti per le applicazioni mediche, ma la costruzione di tessuti più grandi è impegnativa quando si tratta di cellule cartilaginee. Nel tessuto cartilagineo le cellule formano una matrice extracellulare molto pronunciata, una struttura a rete tra le cellule che spesso impedisce ai diversi sferoidi cellulari di crescere insieme nel modo desiderato.

Se gli sferoidi porosi stampati in 3D vengono colonizzati con cellule nel modo desiderato, gli sferoidi possono essere disposti in qualsiasi forma desiderata. La ricerca ha dimostrato che anche le cellule di diversi sferoidi si combinano per formare un tessuto uniforme e omogeneo.

“Questo è esattamente ciò che abbiamo potuto mostrare per la prima volta”, ha affermato Kopinski-Grünwald. “Al microscopio si può vedere molto chiaramente: gli sferoidi vicini crescono insieme, le cellule migrano da uno sferoide all’altro e viceversa, si collegano senza soluzione di continuità e danno come risultato una struttura chiusa senza cavità – a differenza di altri metodi che sono stati utilizzati utilizzato finora, in cui rimangono interfacce visibili tra gruppi cellulari vicini”.

TU Wien sviluppa una tecnica per sostituire i tessuti utilizzando la stampa 3D. Il processo ad alta risoluzione viene utilizzato per creare sfere minuscole e porose.

Le minuscole impalcature stampate in 3D conferiscono stabilità meccanica alla struttura complessiva mentre il tessuto continua a maturare. Nel giro di pochi mesi, le strutture in plastica si degradano, lasciando dietro di sé il tessuto finito nella forma desiderata.

Applicazione medica

In linea di principio, il nuovo approccio non si limita al tessuto cartilagineo, ma potrebbe essere utilizzato anche per personalizzare diversi tipi di tessuti più grandi, come il tessuto osseo. Tuttavia, per arrivare a questo stadio c’è ancora molto lavoro da fare, considerando che, a differenza del tessuto cartilagineo, per questi tessuti al di sopra di una certa dimensione dovrebbero essere incorporati anche vasi sanguigni.

“Un obiettivo iniziale sarebbe quello di produrre piccoli pezzi di tessuto su misura che possano essere inseriti nel materiale cartilagineo esistente dopo un infortunio”, ha affermato Oliver Kopinski-Grünwald. “In ogni caso, ora siamo stati in grado di dimostrare che il nostro metodo per produrre tessuto cartilagineo utilizzando micro-scaffold sferici funziona in linea di principio e presenta vantaggi decisivi rispetto ad altre tecnologie”.

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