Cuore su un chip: micro-nanofabbricazione e microfluidica che guidano il futuro dell’ingegneria del tessuto cardiaco

Un organo su un chip è una minuscola coltura cellulare che imita la struttura e la funzione del tessuto umano – un micro-organo, se volete, che consente agli scienziati e ai professionisti medici di testare prodotti farmaceutici e altri trattamenti. In un documento intitolato ” Cuore su un chip: micro-nanofabbricazione e microfluidica che guidano il futuro dell’ingegneria del tessuto cardiaco “, un gruppo di ricercatori discute l’uso del bioprinting 3D e altre tecniche per creare un cuore su un chip.

I ricercatori presentano uno sguardo approfondito sui molti modi in cui l’ingegneria del tessuto cardiaco è stata avvicinata.

“La litografia ottica, la litografia soft e i plasmi hanno fornito strumenti per la modifica strutturale e chimica in modo bidimensionale planare”, affermano. “I laser, l’elettrofilatura e il bioprinting 3D hanno fornito la possibilità di far avanzare ulteriormente la fabbricazione, fornendo gli strumenti per fabbricare le strutture in tre dimensioni. In molti casi viene utilizzata la combinazione di queste tecniche, in cui sono necessarie funzionalità aggiuntive o capacità dal costrutto. Questi approcci si sono concentrati sulla coltura di cellule cardiache in un ambiente biomimetico al fine di creare un tessuto cardiaco funzionale. ”

In questi approcci, l’obiettivo principale era ricapitolare l’ECM che supporta le cellule cardiache; quindi, i substrati o gli scaffold sono realizzati con materiali polimerici. A seconda del metodo, le cellule cardiache sono state seminate su materiali micro-nano-ingegnerizzati in strutture 2D o 3D o incapsulate all’interno della matrice polimerica.

“Le strutture 2D hanno fornito utili informazioni sull’effetto delle geometrie sulle proprietà strutturali delle cellule cardiache”, affermano i ricercatori. “Gli scaffold 3D sono stati applicati, sebbene in numero limitato, per la terapia con cellule cardiache mediante l’impianto in modelli animali portatori di una specifica malattia cardiaca. L’idea di questa direzione terapeutica consiste nel ripristinare alcune funzionalità nelle regioni cicatrizzate del cuore fornendo un nuovo pool di cellule cardiache funzionali. Questa applicazione rientra nella categoria della medicina rigenerativa cardiaca con l’obiettivo finale delle sperimentazioni cliniche impiantando gli scaffold cellulari ai pazienti. ”
La stampa 3D ha un senso come un modo per creare un cuore su un chip, poiché le cellule cardiache possono essere prelevate dai pazienti e depositate in un approccio strato per strato che consente loro di crescere in un microorgano. Ciò consente agli scienziati di studiare la fisiopatologia cardiaca e testare i farmaci in vitro e può anche portare a terapie mirate ai singoli pazienti. Questi cuori su chip possono anche fornire informazioni utili sui trattamenti che non dovrebbero essere usati per trattare il cancro, ad esempio, perché sono stati trovati a causare tossicità delle cellule cardiache nella coltura in miniatura. Queste scoperte offrono più valore dei test sugli animali, la cui fisiologia non risponde sempre allo stesso modo alle droghe come quella degli esseri umani.

La microfluidica è anche una grande parte della creazione di cuori su chip. I ricercatori sottolineano che la tecnologia sta iniziando a essere utilizzata per imitare malattie specifiche come l’ipertrofia cardiaca patologica e l’ischemia.

“In realtà, alcune delle tecnologie micro / nanofabbricazione descritte sono state incorporate nei sistemi microfluidici, come le strutture stampate stampate con microcontatto, nonché gli scaffold 3D bio-stampati, anche se questi casi rappresentano la minoranza”, spiegano i ricercatori. “Prevediamo che la conoscenza preliminare e la corretta traduzione delle informazioni estratte dall’uso della micro / nanoingegneria nell’ingegneria del tessuto cardiaco può portare allo sviluppo di sistemi” Heart on Chip “multi-diversificati che affrontano un ampio spettro di malattie cardiache.”
Gli autori del documento includono Maria Kitsara, Dimitrios Kontziampasis, Onnik Agbulut e Yong Chen.

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