Biostampa

UpNano mostra le capacità di biostampa 3D con cellule viventi

Utilizzando un nuovo idrogel sviluppato con Xpect INX e il nuovo bioprinter NanoOne Bio

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La combinazione di una stampante 3D per fotopolimerizzazione a 2 fotoni (2PP) con un innovativo bioink a base di idrogel consente la stampa diretta di strutture 3D contenenti cellule viventi sia su mesoscala che su microscala. Sviluppata da UpNano (con sede a Vienna, Austria), NanoOne Bio è una stampante basata sulla gamma di successo NanoOne di stampanti 3D a 2 fotoni alimentate a laser in grado di costruire strutture su 12 ordini di grandezza. Il nuovo idrogel è stato sviluppato con Xpect INX (con sede a Ghent, Belgio), uno spin-off di fondazioni specializzato nello sviluppo di materiali biocompatibili per l’industria della stampa 3D. È l’unica resina disponibile in commercio che consente di incorporare cellule viventi direttamente da una piastra di coltura all’interno di strutture stampate in 3D ad alta precisione per applicazioni biologiche.

Le colture cellulari bidimensionali sono state lo standard nella R&S preclinica farmaceutica e nella ricerca biomedica in generale, per molti decenni. Tuttavia, prove crescenti dimostrano che questi modelli rappresentano male l’interazione cellulare a livello 3D nei sistemi viventi. Pertanto, lo sviluppo di farmaci basato su sistemi 2D è spesso fuorviante e si traduce in miliardi di dollari di inutili costi di ricerca e sviluppo. Finora, la costruzione di strutture 3D complesse e altamente precise con cellule viventi incorporate è stata ostacolata dalla mancanza di materiali e sistemi di stampa adeguati. Grazie allo sviluppo congiunto di un romanzo Bioink a base di idrogel di Xpect INX e UpNano in combinazione con il nuovo modello di stampa, questo sforzo è ora diventato realtà.

Macchine e materiali insieme

“Le competenze combinate di UpNano nello sviluppo di dispositivi di stampa 3D e Xpect INX nella progettazione di materiali innovativi per la stampa 3D si sono gelificate bene insieme”, commenta Peter Gruber, capo della tecnologia e co-fondatore di UpNano. “Abbiamo co-sviluppato X Hydrobio INX U200, un idrogel altamente biocompatibile, e allo stesso tempo offriamo un dispositivo di stampa 3D a 2 fotoni che fornisce la più vasta gamma di dimensioni stampate sul mercato”.

X Hydrobio INX U200 è un idrogel idrosolubile che consente il trasferimento di colture cellulari da piastre di coltura 2D a strutture 3D complesse. “L’X Hydrobio INX U200 a base di gelatina è stato specificamente sviluppato per l’incapsulamento di più tipi di cellule, consentendo così la generazione di microtessuti 3D complessi”, afferma Jasper Van Hoorick, capo del progetto di Xpect INX. “L’idrogel imita l’ambiente cellulare naturale ed è biodegradabile, consentendo così alle cellule di sostituire gradualmente il materiale con tessuto appena formato”.

Il gel risolve i problemi riscontrati con terreni di crescita standard su cui le colture cellulari sono state incubate in 2D. Successivamente, l’idrogel contenente cellule viventi può essere alimentato direttamente nella NanoOne Bio, una stampante 3D a 2 fotoni altamente precisa sviluppata da UpNano. Ricerche approfondite hanno dimostrato che il laser a luce rossa da 780 nm di NanoOne Bio non è dannoso per le cellule viventi, anche con la potenza eccezionalmente elevata utilizzata dalle stampanti NanoOne. Infatti, l’elevata potenza del laser, unica dei sistemi di stampa 3D a 2 fotoni di UpNano, consente l’uso di ottiche che consentono la produzione rapida di strutture di cm di larghezza con una precisione eccezionalmente elevata, fino alla nanoscala.

Per l’industria e il mondo accademico

La combinazione di X Hydrobio INX U200 e NanoOne Bio apre possibilità completamente nuove nella ricerca e sviluppo biomedico, sia nell’industria che nel mondo accademico. Riconoscendo l’enorme potenziale, il Prof. James J. Yoo, Wake Forest Institute for Regenerative Medicine (USA) ha deciso di consigliare UpNano sugli sviluppi futuri. Il rinomato esperto di ingegneria tissutale e biofabbricazione entrerà a far parte dell’Advisory Board dell’azienda dall’aprile 2021 e guiderà il continuo ulteriore sviluppo di nuove applicazioni per la R&S biomedica. La produzione di labs-on-chip sarà ora possibile non solo con una precisione senza precedenti, ma anche direttamente con cellule viventi incorporate, risparmiando così tempo e migliorando l’importanza dei risultati.

È ora possibile creare strutture superficiali simili a tessuti naturali (strutture biomimetiche), consentendo un’interazione quasi naturale tra le cellule viventi e il loro ambiente di crescita. “Le cellule che crescono in 2D su una piastra di coltura su terreni di coltura standard incontrano un ambiente fisico lontano dal naturale e una mancanza di interazione con le cellule circostanti in tutte le direzioni, come osservato nei tessuti viventi”, spiega Denise Mandt, Responsabile del marketing e dello sviluppo aziendale e co-fondatore di UpNano. È stato riconosciuto nella R&S biomedica che tale mancanza di contatto 3D cellula-cellula influisce negativamente sull’interpretazione dei risultati ottenuti nei modelli cellulari per applicazioni umane.

Il NanoOne Bio in combinazione con il nuovo kit X Hydrobio INX U200 cambierà in modo significativo questo approccio. Le aziende farmaceutiche e gli istituti di ricerca saranno in grado di progettare modelli cellulari che imitano le condizioni di crescita naturale nel corpo umano. Infatti, il NanoOne Bio consente la produzione di strutture superficiali con la massima precisione e/o la progettazione di complesse impalcature 3D con celle incorporate nella gamma cm.

Grazie a percorsi ottici specifici, algoritmi di scansione ottimizzati e una tecnologia di risoluzione adattiva proprietaria, i sistemi NanoOne offrono anche tempi di produzione significativamente più rapidi rispetto ad altri sistemi, vantaggi che sono stati riconosciuti dai clienti sia nell’industria che nel mondo accademico. L’ampliamento di gamma per i clienti della ricerca biomedica è già stato accolto con grande interesse.

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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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