Fegati biostampati in 3D è la svolta scientifica nella medicina rigenerativa

Il team di ricerca dell’Università di Utrecht ha realizzato con successo dei fegati funzionanti utilizzando un metodo di biostampa 3D volumetrica e ultrarapida di recente sviluppo. Il metodo di biostampa volumetrica per mezzo della tomografia a luce visibile, ha permesso di stampare con successo unità di cellule staminali in miniatura rendendo le cellule “trasparenti”, ciò significa che hanno mantenuto la loro risoluzione e capacità di eseguire processi biologici. Stampate in meno di 20 secondi, le unità epatiche sono state in grado di eseguire processi chiave di eliminazione delle tossine, imitando ciò che i fegati naturali eseguono nel nostro corpo, potrebbero aprire nuove opportunità per la medicina rigenerativa e la sperimentazione di farmaci personalizzati.

Biostampa 3D volumetrica ultraveloce
Il team dell’Università di Utrecht ha dimostrato per la prima volta la loro tecnica di biostampa volumetrica nel 2019 con la creazione di strutture di tessuto a forma libera. Il metodo differisce dagli attuali processi di biostampa che si basano sulla deposizione strato per strato e sull’assemblaggio di elementi costitutivi ripetitivi, come idrogeli e impalcature carichi di cellule.
Il metodo di biostampa volumetrica invece comporta la proiezione di una serie di modelli di luce 2D in un contenitore cilindrico riempito con idrogel fotoresponsivo carico di cellule, che innesca la polimerizzazione. Uno dei vantaggi chiave della tecnica senza strato e senza ugelli è che non pone stress meccanico dannoso sulle cellule, ed è anche in grado di fabbricare tessuti a rapida velocità.
Il lavoro del 2019 ha incentivato Readily3D, un produttore di biostampanti 3D volumetriche, a annunciare lo scorso anno la sua partecipazione al progetto europeo Enlight. Readily3D sta facendo la sua parte nel progetto da 3,6 milioni di euro per stampare in 3D un modello vivente del pancreas umano al fine di migliorare i test dei farmaci per il diabete.

Nuova svolta di biostampa volumetrica
Il team di ricerca dell’Università di Utrecht nel loro lavoro più recente pubblicato nella rivista Advanced Materials ha raggiunto diverse pietre miliari nello sviluppo della loro tecnica di biostampa 3D volumetrica. Il team si è concentrato sul superamento delle principali limitazioni della stampa volumetrica, come la perdita di risoluzione dovuta alla dispersione della luce causata dalle cellule.
La stampa volumetrica poiché si basa sul preciso modellamento della luce in 3D, è tecnicamente possibile solo in materiali molto trasparenti. Le cellule ad alte concentrazioni possono disperdere la luce che può ostacolare significativamente alcune stampe. I ricercatori per combattere questo effetto, hanno sviluppato una nuova formulazione del materiale utilizzando lo iodixanolo, un composto biocompatibile comunemente usato in medicina come agente di contrasto, che essenzialmente rende le cellule “trasparenti”. Ciò ha permesso al team di ricerca dell’Università di Utrecht di ottenere un’alta fedeltà di stampa anche con alte densità di cellule, che è un elemento cruciale per le applicazioni di ingegneria tissutale.
Il team ha realizzato con successo unità di fegati funzionali di più di 1 cm³ in meno di 20 secondi stampando gli organoidi in 3D. Gli organoidi sono unità miniaturizzate di circa 1 mm fatte da cellule staminali che copiano aspetti del loro tessuto di riferimento, in questo caso, le capacità disintossicanti del fegato umano.
Gli organoidi da soli non possono essere facilmente assemblati in grandi strutture necessarie per imitare gli organi umani, quindi la loro capacità di utilizzo in ambito clinico è limitata. L’utilizzo da parte dei ricercatori della luce sicura e la natura senza contatto del processo di biostampa volumetrica, oltre alla sua rapida velocità di produzione, ha garantito la sicurezza degli organoidi e li ha mantenuti in vita.
Il team di ricerca dell’Università di Utrecht è stato in grado di stampare in 3D gli organoidi in diverse tipologie di architetture per migliorare la loro capacità di funzionare come un fegato, dimostrando che il biostampaggio è una tecnologia in grado di migliorare la somiglianza funzionale tra strutture stampate e tessuti naturali. Attraverso lo studio, hanno evidenziato che le loro architetture stampate hanno migliorato la capacità degli organoidi di disintossicarsi ed eliminare i composti dannosi per il corpo umano.
I ricercatori per sostituire il ruolo dei vasi sanguigni, sono stati anche in grado di creare diverse strutture porose che potrebbero essere sottoposte al processo di perfusione (tecnica medica che si utilizza per trasportare liquidi, sostanze nutritive o farmaci direttamente nei tessuti) con sostanze nutritive.
Riccardo Levato, professore associato all’Università di Utrecht, ha detto:
«Le unità di fegato biostampate aprono nuove opportunità per la medicina rigenerativa e per lo sviluppo di nuovi modelli specifici del paziente per studiare nuovi farmaci contro le malattie del fegato».

Progressi negli organi biostampati in 3D
Il biostampaggio anche se ha visto numerosi progressi negli ultimi anni, gli organi umani vitali e trapiantabili stampati in 3D sono ancora molto lontani, per esempio, 3D Systems produttore di stampanti 3D industriali, ha accelerato le sue attività di biofabbricazione nell’ultimo anno dopo aver annunciato “enormi progressi” nella sua piattaforma Print to Perfusion. Successivamente ha acquisito la società biotecnologica Volumetric Biotechnologies in un accordo da 400 milioni di dollari che vedrà l’espansione della ricerca dell’impalcatura polmonare umana dell’azienda in altri due organi, oltre a studiare altri tessuti vascolari.
Il mese scorso, l’azienda israeliana di medicina rigenerativa Matricelf ha firmato un accordo esclusivo di licenza globale con l’Università di Tel Aviv per la sua tecnologia di biostampa 3D in attesa di brevetto. La tecnica coinvolge impianti di biostampa per la rigenerazione di organi e tessuti danneggiati nel corpo, ed è già stata impiegata per curare la paralisi nei topi.
Recentemente, Trestle Biotherapeutics start-up di bioingegneria, ha ottenuto una licenza per una nuova tecnologia di biostampa 3D in grado di produrre tessuti renali umani funzionali. Originariamente sviluppato presso l’Università di Harvard, il metodo sarà utilizzato per creare trapianti di cellule renali per aiutare le persone fuori dalla dialisi e potenzialmente, in futuro, organi completi.

Fegati biostampati in 3D