Il metodo Kenzan di bioprinting 3D per produrre costrutti cellulari per il trapianto

LO STATO DEL METODO KENZAN DI BIOPRINTING 3D SENZA IMPALCATURE NEL 2020

Un recente rapporto sullo stato di avanzamento pubblicato sulla rivista Advanced Healthcare Materials descrive in dettaglio i risultati di vari esperimenti che hanno utilizzato il metodo Kenzan di bioprinting 3D per produrre costrutti cellulari per il trapianto. Il documento intende fornire ai lettori una panoramica dello stato dell’arte della tecnologia nel 2020.

Dalla svolta del millennio, la ricerca sulla bioprinting 3D ha acquisito una certa trazione. Uno dei metodi più sviluppati di bioprinting, il metodo Kenzan, prevede l’inclinazione di una cultura di cellule chiamate sferoidi su una matrice di microneedles (il Kenzan) e in attesa che si fondano parzialmente. Una volta che le cellule sono in grado di supportare la propria struttura, gli aghi vengono retratti e le cellule vengono nutrite e trasformate in un cerotto utilizzabile.

Secondo i pionieri del metodo presso la Saga University , è l’unico metodo di bioprinting 3D di strutture di sole cellule trapiantabili chirurgicamente senza la necessità di additivi artificiali. La natura esclusivamente cellulare del metodo Kenzan lo qualifica come un processo “privo di impalcature” poiché l’unica struttura di supporto del bioink è l’array di microneedles.

Se il divario nervoso si allunga in modo significativo dopo una lesione del nervo periferico, può essere necessario un trapianto di nervo autologo. Questo trattamento di prima linea ha tuttavia i suoi lati negativi. La guarigione del trapianto può causare incoerenze e formazione di neuromi che è problematica e richiede un ulteriore trattamento. Pertanto, Yurie et al. ha tentato di ricostruire i condotti nervosi cellulari privi di impalcature per il nervo periferico di un ratto.

Utilizzando fibroblasti dermici – gli sferoidi in questo caso – prelevati esclusivamente da un essere umano, il team 3D ha biografato i costrutti delle cellule tubulari e li ha impiantati sul nervo sciatico di un ratto. I nervi erano ancora collegati otto settimane dopo la procedura e i neuroni funzionali potevano essere osservati nel gap nervoso. I ricercatori hanno concluso che le strutture tubulari trapiantate avevano promosso la ricostruzione del nervo funzionale nel sito del nervo sciatico.

I trattamenti odierni per l’insufficienza cardiaca tendono ad alleviare i sintomi solo per un tempo relativamente breve e ritardano l’inevitabile, poiché la ricostruzione o la guarigione del tessuto cardiaco funzionale non è ancora stata stabilita. Ong et al. ha tentato di utilizzare il metodo Kenzan per ricostruire un tessuto cardiaco funzionale e sano per riparare un cuore di ratto (rotto).

Gli sferoidi in questo esperimento includevano cardiomiociti derivati ​​da cellule staminali pluripotenti e fibroblasti cardiaci ventricolari, entrambi provenienti dall’uomo. Una volta trapiantati, i ricercatori hanno osservato una pulsazione spontanea del costrutto cellulare. Il pieno trapianto è stato confermato una settimana dopo l’intervento chirurgico e si è scoperto che il tessuto cardiaco trapiantato contribuiva direttamente alla funzionalità di un cuore di ratto.

Gli attuali metodi di ricostruzione esofagea postesofagectomia il più delle volte provocano complicazioni e hanno un alto tasso di mortalità. Per affrontare questo, Takeoka et al. ha tentato di eseguire la bioprint 3D dei costrutti simili a esofago da trapiantare nei ratti e ha osservato i risultati.

Gli sferoidi utilizzati in questo esperimento includevano fibroblasti dermici umani e cellule muscolari lisce esofagee umane. Una volta fabbricate le strutture del tessuto tubolare, sono state impiantate e completamente innestate dopo 30 giorni. I ricercatori hanno scoperto che i topi potevano passare con successo il cibo attraverso i loro nuovi tubi alimentari nello stomaco senza alcuna complicazione. Il team ha concluso che l’esperimento “ha mostrato la promessa” e prevede di unire questa ricerca fino a una procedura umana un giorno.

Una spiegazione dettagliata del metodo Kenzan e delle sue estese applicazioni può essere trovata nel documento intitolato ” Stampa bio-3D senza impalcature ” utilizzando gli sferoidi come “inchiostri bio” per i test sui tessuti (ri) costruzione e sui farmaci . È co-autore di Daiki Murata, Kenichi Arai e Koichi Nakayama.

Mentre il metodo Kenzan è unico nella sua natura priva di impalcature, anche altri metodi di bioprinting 3D hanno visto recentemente il successo. In Corea, CLECELL , una startup di bioprinting 3D, ha sviluppato un modello di epitelio respiratorio utilizzando la sua tecnologia di bioprinting 3D proprietaria. Il team intende utilizzare il modello come banco di prova per vari virus per comprendere meglio il loro comportamento. Altrove, sulla ISS, nScrypt ha completato il primo esperimento funzionale di bioprinting 3D nella microgravità dello spazio: un menisco del ginocchio umano .

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