Organi umani e arterie presto creati con le stampanti 3D

Le stampanti 3D potrebbero un giorno aiutare a creare organi viventi per aiutare a riparare il corpo umano, dicono i ricercatori. Gli scienziati hanno infatti sviluppato un modo per creare attraverso i modelli di stampa 3D varie strutture anatomiche, tra cui il cuore, il cervello, le arterie e le ossa. In futuro, questo processo potrebbe essere usato per creare protesi morbide realizzate sempre attraverso la stampa 3D in cui il tessuto vivente può crescere per formare organi. 

Un’altra applicazione di questa tecnologia innovativa potrebbe essere le cosiddette stampanti alimentari, quelle che ricordano i replicatori viste anni fa nella serie televisiva “Star Trek”, come una mirabile innovazione futuristica, hanno aggiunto gli scienziati.

Una stampante 3D è una macchina che crea oggetti da una vasta gamma di materiali: si possono infatti utilizzare plastica, ceramica, vetro, metallo e ancora più insoliti ingredienti, come le cellule viventi. Il dispositivo funziona depositando strati di materiale, proprio come le stampanti normali stabiliscono strati di inchiostro, ad eccezione del fatto che le stampanti 3D possono inoltre stabilire strati piani disposti uno sopra l’altro a vicenda per costruire oggetti 3D.

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Le stampanti 3D convenzionali producono oggetti con materiali rigidi, in cui ogni strato riceve una base solida dagli strati sottostanti. Tuttavia, la stampa di materiali morbidi si è dimostrata piuttosto difficile, come costruire un oggetto di gelatina.

I problemi posti dai materiali morbidi

“Metalli, ceramiche e polimeri rigidi sono stati stampati in versione 3D per molti, molti anni, ma i materiali morbidi, quelli che possono deformarsi sotto il loro stesso peso, sono di norma più difficili da sostenere durante il processo di stampa”, ha detto Adam Feinberg, un ingegnere biomedico presso la Carnegie Mellon University e senior autore del nuovo studio.

I ricercatori hanno usato stampanti 3D per creare dispositivi medici rigidi personalizzati per i singoli pazienti; questi dispositivi includono apparecchi acustici, impianti dentali e protesi della mano. Tuttavia, utilizzare stampanti 3D per creare protesi morbide, un processo noto come bioprinting, potrebbe fornire alternative ai trapianti tradizionali di riparazione o sostituzione degli organi danneggiati, ha detto Feinberg a Science.

“Le applicazioni potenziali che noi immaginiamo si trovano nella zona della ingegneria dei tessuti – in sostanza, si tratta di impalcature di stampa 3D e celle per far ricrescere tessuti e organi”, ha detto Feinberg sempre in diretta a Science.

Come avviene il bioprinting

Gli scienziati hanno sviluppato un modo di stampare 3D i materiali morbidi all’interno di un bagno di fluido di supporto che contiene polvere di gelatina, simile a quelle che si possono trovare in un supermercato. “Stampiamo un gel all’interno di un altro gel, cosa che ci permette di posizionare con precisione il materiale morbido come è in fase di stampa, strato dopo strato,” ha detto Feinberg in un comunicato.

Utilizzando i dati di imaging medicale, i ricercatori hanno usato la loro nuova tecnica, chiamata Fresh, o “Freeform Reversibile Embedding Sospeso Hydrogel” per stampare strutture anatomiche semplificate. Questi ultimi erano fatti di una varietà di materiali biologici, come il collagene presente nei tendini e nei legamenti. Le strutture usate per il test hanno incluso un femore umano, un’arteria coronaria umana, un embrione, un cuore di un pulcino di cinque giorni e le pieghe esterne di un cervello umano.

I modelli sono stati stampati con una risoluzione di circa 200 micron, i ricercatori hanno detto. (In confronto, il capello umano medio è largo circa 100 micron.) “Siamo in grado di prendere materiali come il collagene, la fibrina e l’alginato, che sono i tipi di materiali che l’organismo utilizza per costruire se stesso, e stamparli grazie all’aiuto di stampanti 3D”, Feinberg ha detto. “Ora possiamo costruire impalcature di tessuti-ingegneria che utilizzano questi materiali in strutture incredibilmente complesse che maggiormente corrispondono a quelle dei tessuti reali e degli organi del corpo.” La fibrina ad esempio contribuisce a rendere solidi i coaguli di sangue, mentre l’alginato si trova in molte alghe.

In questa nuova tecnica, il gel usato come supporto intorno alle strutture 3D può essere facilmente rimosso e sciolto riscaldando l’oggetto alla temperatura corporea. Tali temperature non sarebbero in grado di danneggiare le molecole biologiche delicate o le cellule viventi stampate nel nuovo metodo, gli scienziati hanno detto.

I ricercatori hanno sottolineato però anche che non hanno ancora organi stampati con il sistema bioprinted, ma che per il momento si tratta solo di esperimenti, anche se ben promettenti. “Questo lavoro è un passo importante in questa direzione che ci permette di usare i materiali biologici che riteniamo necessari per fare questo”, ha detto Feinberg. “Tuttavia, anni di ricerche sono ancora necessari per perfezionare la tecnica.”

Le prospettive future del bioprinting

In futuro, i ricercatori hanno in programma di integrare le cellule di un cuore reale nel loro lavoro, hanno detto. Le strutture 3D realizzate con le stampanti tridimensionali serviranno come supporti in cui le cellule possono crescere e formare da sole il muscolo cardiaco.

Il Bioprinting delle cellule viventi è un settore in crescita, ma, fino ad ora, la maggior parte delle stampanti bioprinters 3D viene venduto al dettaglio per più di 100.000 dollari, o tenute da competenze specialistiche per operare (o entrambi), limitando le possibilità di adozione diffusa della tecnica. Tuttavia, questo nuovo metodo può essere fatto con le stampanti di livello consumer 3D che costano meno di 1.000 dollari l’una. Esse utilizzano anche un software open-source che i ricercatori invitano altri a usare e migliorare.

“La nostra visione è che altri gruppi di ricerca possano prendere questa tecnologia e applicarla in generale ad altre sfide 3D che hanno a che vedere co  la stampa di ingegneria tissutale e i materiali biologici”, ha detto Feinberg.

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