Mai più rigetti! Guida alla stampa di organi

Tutti noi conosciamo la stampante come uno strumento semplice che ci permette di avere sbobine cartacee, documenti per la segreteria che non stampa nulla, slide rigorosamente in bianco e nero (perché a colori costano di più) oppure alcuni di voi hanno già visto, letto o sentito di stampanti 3D che riescono a riprodurre diversi oggetti, ma pochi altri sapranno che non solo quelli possono essere creati, ma anche vere parti del corpo, con cellule che formano tessuti e tessuti che formano… organi!
Vediamo un po’ a cosa mi riferisco.

Accenni sulle staminali utilizzate

La ricerca degli ultimi anni è riuscita a realizzare una stampante 3D in grado di utilizzare cellule staminali pluripotenti embrionali umane (hESC) e indotte (hiPSC). Queste permettono di creare tessuti ed organi che possono essere trapiantati nel corpo del donatore e garantire la compatibilità, eliminando al 100% la possibilità di rigetto, sia per sostituirli che per sopperire alla mancanza di essi.

Le hESC vengono prelevate da specifici tessuti, quali: il cordone ombelicale, il sangue (previa somministrazione di farmaci che ne inducono la proliferazione), il midollo osseo rosso, la placenta e i tessuti adiposi. Invece, le hiPSC hanno bisogno di essere modificate geneticamente, ovvero effettuando un “reset”, in modo da rendere tutti i geni da inattivi, silenziati poiché non utili in quel tessuto specifico, ad attivi e poterle far specializzare nelle cellule del tessuto d’interesse; queste possono essere prelevate da diversi distretti dove la cellula non è troppo differenziata, per esempio un neurone o una fibra muscolare non sarebbero adatti.

Una ricerca nel tempo

Questo strumento è stato messo a punto da un team di ricercatori scozzesi nel 2013 [1], guidati dal dottor Shu. Il primo scopo del team fu ricercare la miglior tecnica di stampa, la “valve-based”: le hESC vengono caricate in due serbatoi differenti della stampante e poi depositate su delle piastre, seguendo un modello semplice a 3 dimensioni come una sfera, che è stato pre-programmato nel software associato. La quantità di cellule stampate è controllata sia dalla pressione pneumatica dell’aria in ingresso, sia dall’apertura di una microvalvola. Si è riscontrata una buona vitalità delle cellule stampate e specialmente una continua capacità di differenziazione in altri tipi di cellule.

Nel 2017, guidati dal direttore Anthony Atala, i ricercatori del Wake Forest Institute for Regenerative Medicine nel

crediti: cellink

North Carolina [2]  hanno pubblicato un articolo sulla rivista Nature Biotechnology in cui spiegano il funzionamento di una nuova stampante 3D biologica, detta “Integrated Tissue and Organ Printing System” (ITOP), avente l’obiettivo di creare organi da trapiantare. Questo nuovo strumento permette di creare tessuti di qualsiasi forma grazie ad un bio-inchiostro, l’idrogel, costituito da una soluzione acquosa con in sospensione cellule umane e microcanali, dove i nervi ed i vasi potranno formarsi e mantenere in vita le cellule del tessuto o organo trapiantato. I ricercatori partirono dalla sperimentazione sui topi: orecchie, mandibole e muscoli creati e trapiantati, notando come essi si adattano perfettamente all’animale, mantenendosi resistenti nel tempo, inducendo la formazione di nervi e la vascolarizzazione, come previsto.

Tessuti riprodotti e funzionanti

Strati di pelle

Il primo tessuto epiteliale è stato stampato nel 2017, in Spagna, dal ricercatore José Luis Jorcano aiutato dal suo team di ricercatori [3], il quale è riuscito a dare un immediato riscontro positivo nella medicina rigenerativa con l’innesto di pelle: questa cura si rende necessaria nei casi di ustione grave e incidenti che determinano un trauma di questo livello, inoltre potrebbe essere una svolta nella sperimentazione sugli animali per cosmetici e farmaci da contatto.

In questo caso non c’è bisogno dell’utilizzo di staminali, ma di un semplice prelievo di cellule epiteliali da far duplicare o da uno stock di cellule, per produrre della pelle allogenica per processi industriali, oppure cellule del paziente per stampare una pelle autologa.

crediti: stampa 3D store

Questa stampante 3D utilizza un bio-inchiostro composto da sottili strati di plasma, proteine, cellule epiteliali e altri componenti biologici che si trovano nel tessuto fisiologico. Questo prodotto sarà formato da uno strato esterno, cornea, come protezione dall’ambiente, appoggiato ad un altro strato più spesso di derma, contenente le cellule del tessuto connettivo, i fibroblasti, in grado di produrre e secernere collagene, una proteina che garantisce elasticità e resistenza meccanica alla pelle. Per permettere la creazione di questi strati sono fondamentali i bioink, iniettori a componenti biologici, che vengono controllati da computer. Oltre tutti questi aspetti positivi, ve ne sono anche altri riguardo le tempistiche e l’economicità del prodotto: infatti, si riescono a produrre ben 10 centimetri di pelle in 35 minuti ed i costi sono minori rispetto alla produzione manuale su terreno di coltura.

Nuove orecchie

Con questo metodo il povero van Gogh si sarebbe risparmiato una vita senza un padiglione auricolare, peccato fosse stato tagliato da lui stesso… ma questa è un’altra storia.

Il 22 Ottobre 2019 all’ospedale Meyer di Firenze è avvenuto il primo intervento grazie alla stampa 3D: è stato costruito un padiglione auricolare ad un ragazzo di 13 anni, affetto da microtia bilaterale, una rara malformazione congenita rappresentata dal mancato sviluppo dell’orecchio esterno. Il team di chirurghi guidati dal dottor Flavio Facchini [4] ha effettuato una Tac al costato del ragazzo per poter osservare dove prelevare il tessuto cartilagineo, che sarebbe poi servito a ricreare l’organo. Attraverso un software e grazie al modello materno come riferimento, sono riusciti a stampare uno dei due orecchi e già si parla di un nuovo intervento per poter trapiantare anche l’altro.

Tessuto muscolare cardiaco

Rattoppare il cuore

BIOLIFE P4D [5] è una società tecnologica biomedica di Chicago specializzata nella ricerca delle stampe 3D ed è riuscita a stampare con successo il tessuto cardiaco, creando il cosiddetto “cerotto cardiaco”. Questo servirà per pazienti affetti da insufficienza cardiaca acuta, l’incapacità del cuore nel fornire l’adeguamento quantità di sangue al corpo richiesta, in modo da ripristinare la contrattilità miocardica. L’azienda ha lo scopo di eliminare il bisogno di organi da trapianto e aiutare in ogni genere di disfunzioni cardiache.

In questa stampa vengono utilizzate le hiPSC, trasformate in cardiomiociti, cellule cardiache, associate all’idrogel suddetto. Da un semplice cerotto, per poi passare a costruire valvole, vasi ed un vero e proprio organo funzionante per la specie umana.

Mini-cuore

crediti: Rai News

Il 15 Aprile 2019, l’Università di Tel Aviv in Israele, grazie ai ricercatori Tal Dvir e Assaf Shapira [6], ha creato il primo “mini-cuore” che, purtroppo, ancora non sa battere.

La sua realizzazione ha origine da cellule adipose estratte da un individuo: queste sono state riprogrammate in cardiomiociti, passando prima dalla fase staminale. Utilizzando il materiale acellulare del tessuto di provenienza nel bioink, sono riusciti a ricreare i vasi sanguigni e la matrice di rivestimento dell’organo. Questo è in grado di contrarsi, dotato di ogni struttura caratteristica, come atri e ventricoli, ma è grande circa quanto il cuore di un coniglio. Dopo il raggiungimento di questo traguardo, si passerà alla sperimentazione animale, in modo da capire come far funzionare a pieno l’organo e trasferire l’idea su larga scala.

SITOGRAFIA:

[1]http://www.italiasalute.it/11673/Cellule-staminali-stampate-in-3D.htm
[2]https://www.bilcotech.it/la-rivoluzione-3d-in-ambito-medico-stampare-organi-e-tessuti-umani-e-possibile/
[3]https://www.3dprintingcreative.it/bioprinting-spagna-pelle/
[4]http://www.ansa.it/canale_saluteebenessere/notizie/medicina/2019/10/22/bimbo-nato-senza-orecchie-ricostruito-con-stampa-3d_c07e1070-d414-415c-bdaf-3308e1975da6.html
[5]https://www.stampa3dstore.com/biolife4d-stampa-in-3d-con-successo-il-primo-tessuto-cardiaco-umano/
[6]https://www.advancedsciencenews.com/3d-printed-heart-with-patients-own-cells/

Chiara Esuci Ting

Chiara Esuci Ting

Fin da bambina affascinata dalla scienza, tra provette e microscopio, col naso sempre rivolto verso il cielo stellato. Se non è fuori con i cani, alleva le sue chiocciole. Studia Medicina e Chirurgia all'Università Politecnica delle Marche.

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