UNA PALMARE 3D STAMPA TESSUTI CARTILAGINEI CREANDO COSTRUTTI COME QUELLI NATURALI

Biofabricazione della cartilagine articolare umana

UNA STAMPANTE PALMARE 3D CREA CELLULE STAMINALI VERI E PROPRI COSTRUTTI CHE SI COMPORTANO COME QUELLI NATURALI E VENGONO ESPULSI INGLOBANDOLI IN UN IDROGEL

Un “biopen” palmare in grado di stampare tessuti cartilaginei 3D potrebbe essere utilizzato per la prima volta durante l’intervento chirurgico per il trattamento di lesioni cartilaginee e osteoartrosi. Il dispositivo basato sull’estrusione, che stampa cellule staminali vivi incorporate in un materiale idrogel, produce costrutti che appaiono e si comportano proprio come il tessuto articolare naturale ( Biofabbricazione 10 045006   ).

“Questo è in netto contrasto con la cartilagine riparativa convenzionale fatta di fibrocartilagine, che è molto diversa nella struttura della cartilagine fisiologica, di qualità inferiore e non durevole”, affermano i ricercatori, un team multidisciplinare che include chirurghi, biologi, fisici e ingegneri. “La nostra tecnica e gli scaffold che siamo in grado di produrre offrono molte speranze per il trattamento di pazienti affetti da lesioni cartilaginee e osteoartrite”.

La cartilagine è un tessuto altamente specializzato che finora si è dimostrato difficile da replicare utilizzando le tradizionali tecniche di ingegneria tissutale. Le sue speciali proprietà meccaniche derivano dal fatto che contiene solo poche cellule, non contiene vasi sanguigni e ha una struttura distinta di fibre di collagene 3D che comprende proteoglicani aggregati in una matrice organizzata.

Mentre è stato riportato un certo successo per i trattamenti chirurgici che sfruttano tessuto cartilagineo ingegnerizzato, le procedure esistenti richiedono due operazioni separate: una per rimuovere il tessuto danneggiato e un’altra per sostituire il tessuto una volta riparato. Inoltre, i chirurghi riferiscono un alto tasso di insuccesso – in parte perché gli scaffold prefabbricati potrebbero non adattarsi perfettamente al difetto, e in parte perché il tessuto impiantato non è abbastanza simile alla cartilagine naturale per sopravvivere a lungo all’interno del corpo.

I ricercatori ritengono che i trattamenti che utilizzano cellule staminali umane potrebbero offrire una soluzione, ma pochi studi sono stati segnalati fino ad oggi. In questo nuovo lavoro, riportato sulla rivista  Biofabrication , gli scienziati dell’Università di Melbourne, l’Università di Wollongong e il St Vincent’s Hospital di Melbourne forniscono   prove in vitro che il loro nuovo biopen potrebbe consentire alle cellule staminali umane di essere stampate in 3D all’interno della sala operatoria . L’obiettivo finale è quello di consentire ai chirurghi di “scolpire” strutture specifiche del paziente in tempo reale, creando scaffold che si adattino perfettamente alla geometria del difetto e raggiungano il miglior contatto possibile tra il bioscaffold e il tessuto ospite.

Il team ha testato il loro approccio con cellule staminali mesenchimali derivate da umani (hADSCs) che erano state raccolte dal cuscinetto adiposo infra-rotuleo di pazienti donatori con osteoartrite. Una volta che le cellule staminali erano state incorporate in un materiale idrogel, il bioink risultante potrebbe essere estruso attraverso il biopen per creare un bioscaffold carico di cellule.

Una delle caratteristiche principali del nuovo biopen è un ugello appositamente progettato che consente alle cellule e ai biomateriali contenuti in cartucce separate di essere estrusi in modo coassiale. Il nucleo interno del materiale estruso contiene cellule staminali vivi, mentre il guscio esterno contiene materiale reticolato che fornisce rigidità al costrutto stampato.

In questo studio i ricercatori hanno utilizzato il biopen per stampare scaffold 3D carichi di cellule staminali, che sono state poi coltivate  in vi tro  per otto settimane in presenza di supporti che formano la cartilagine. “Grazie a una serie di sofisticate tecniche istologiche, molecolari e di imaging, abbiamo confermato che il tessuto che si è sviluppato all’interno dei costrutti si forma, appare e si comporta come la cartilagine articolare”, affermano i ricercatori. “Questo materiale dovrebbe durare quanto una vera cartilagine”.

Il biopen accelera la riparazione delle cellule staminali

Questa dettagliata   analisi in vitro è un passo cruciale verso gli studi clinici su larga scala. Il gruppo ha già dimostrato che il dispositivo potrebbe essere utilizzato in un contesto reale attraverso esperimenti preliminari  in vivo  in un modello animale di grandi dimensioni e  saranno necessari test in vivo più estesi  prima che il biopen possa essere testato sugli esseri umani.

Allo stesso tempo, i ricercatori stanno studiando se la stessa tecnologia possa essere applicata ad altri organi e scenari clinici, cercando anche modi per accelerare e ottimizzare i processi necessari durante l’intervento chirurgico.

“Stiamo perfezionando la nostra metodologia per migliorare la produzione degli inchiostri utilizzati nel dispositivo e per mettere a punto come raccogliere e preparare le cellule staminali mesenchimali”, affermano. “Miriamo anche a sviluppare un protocollo che consenta la raccolta, la preparazione e l’erogazione in un’unica fase delle cellule durante l’intervento chirurgico.”

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