Intervista a Cathal O’Connell di BioFab3D Lab

La comunità australiana di bioprinting 3D sta crescendo. Grazie alle loro innovazioni tecnologiche pionieristiche, alle collaborazioni tra ricercatori e assistenza sanitaria e al sostegno di iniziative governative, i progressi nella biotecnologia possono trasformare in realtà le strutture abitative di fabbricazione. La stampa 3D di parti del corpo sta rapidamente diventando il passo successivo sognato nel trapianto di organi, dal momento che la raccolta di cellule staminali da un destinatario del trapianto e la loro stampa in un organo sostitutivo potrebbero aiutare a bypassare le complicazioni associate ai trapianti di organi, come ad esempio un anno di attesa per un donatore adatto o rifiuto del nuovo organo. A tal fine, nel 2016, è stato creato un laboratorio per concentrarsi sulla costruzione di strutture biologiche o parti del corpo che richiedono riparazione utilizzando cellule viventi, il laboratorio BioFab3D . Situato inSt Vincent’s Hospital nella città australiana di Melbourne, sta trasformando la fantascienza in realtà.

BioFab3D è il primo centro biomedico, ingegneristico e robotico dell’Australia. Un’iniziativa non-profit e la collaborazione tra l’ospedale St Vincent , l’ Università di Melbourne , Swinburne University of Technology , RMIT University e l’ Università di Wollongong (UOW). Un luogo in cui ricercatori, clinici e ingegneri lavorano insieme per sviluppare la scienza delle cellule e dei materiali per creare una nuova generazione di cartilagine protesica, muscoli, ossa e organi da utilizzare nel trattamento di traumi e malattie. Questo potrebbe essere solo il tipo di struttura che potrebbe evolvere la biotecnologia nella regione Asia-Pacifico, dove l’interesse e la domanda di innovazioni biomediche personalizzate continuano ad aumentare.

Anche l’Australia ha un grande vantaggio: forza lavoro specializzata nella biofabbricazione 3D. L’istruzione e la formazione in bioprinting sono in circolazione da diversi anni: nel 2015, l’UOW in Australia ha offerto, in collaborazione con il fornitore di istruzione online FutureLearn , un corso online gratuito di quattro settimane in bioprinting per chiunque voglia imparare , attirando oltre 30.000 persone da oltre 145 paesi fino ad oggi. Il corso è rivolto agli anziani delle scuole superiori che potrebbero essere interessati a perseguire una laurea in scienze, incoraggiando gli adolescenti a intraprendere una carriera STEM. Inoltre, l’UOW insieme ad altre università ha offerto uno dei primi master globali in biofabbricazione . La forza lavoro è la chiave per lo sviluppo della produzione additiva, in modo che le generazioni future possano far avanzare ulteriormente la tecnologia, raggiungendo alcuni degli obiettivi a lungo termine che gli scienziati di tutto il mondo hanno iniziato a prendere di mira decenni fa.

Abbiamo parlato con Cathal O’Connell, facility manager di BioFab3D, per capire come il laboratorio pionieristico sta collaborando con ricercatori in Australia per portare avanti progetti innovativi.

O’Connell rivela che BioFab3D è solitamente pieno di ricercatori, clinici, ingegneri e professionisti del settore, in cui un vero senso di collaborazione rende più facile la ricerca e lo sviluppo di idee innovative.

“Nella sala conferenze, potrebbe esserci un clinico che discute di un progetto con il suo team di avvio, mentre in laboratorio i ricercatori stanno eseguendo analisi geniche su cellule in tessuti stampati in 3D, occupandosi di cellule in bioreattori, bioprinting di nuove strutture, sviluppo di nuovi materiali e così via. Ingegneria, biologia, scienza dei materiali e medicina si uniscono. Dico sempre che l’attrezzatura più importante in laboratorio è la macchina da caffè. Ecco dove avviene la vera magia: emergere dalla collisione delle discipline e dall’incontro fortuito delle menti ”, ha descritto O’Connell.

BioFab3D è esso stesso un piccolo precursore di un progetto molto più ampio, chiamato Aikenhead Center for Medical Discovery (ACMD), che sarà una versione molto più ampia , anch’essa situata presso l’ospedale di Saint Vincent e che comprende 11 piani di ricerca e spazio didattico. L’ambiziosa iniziativa volta a creare il primo hub di innovazione tecnologica sanitaria di livello ospedaliero e di livello mondiale in Australia è modellata su numerosi consorzi e hub collaborativi internazionali che hanno dimostrato di accelerare lo sviluppo di soluzioni mediche sul mercato e l’adozione nella pratica clinica, offrendo così una migliore risultati dei pazienti e qualità della vita.

Uno dei progetti più rinomati del laboratorio BioFab3D è un dispositivo portatile per la stampa della cartilagine chiamato BioPen. Sviluppato da Peter Choong, direttore di Ortopedia presso l’ospedale St Vincent di Melbourne, e Gordon Wallace , professore presso la UOW, il BioPen è pieno di cellule staminali derivate dal grasso di un paziente, che possono creare e impiantare chirurgicamente impalcature personalizzate di materiale vivente in articolazioni guaste. Proprio come le ossa stampate in 3D, la cartilagine subisce un processo di crescita e sviluppo all’interno del corpo. Finora è stato testato solo su ovini, ma i suoi sviluppatori sperano che in futuro BioPen possa aiutare ad accelerare la rigenerazione della cartilagine funzionale nei pazienti umani.

“La nostra ricerca sta affrontando una serie di esigenze cliniche, in particolare in ortopedia e neurologia. I progetti in corso includono: muscolo di bioprinting 3D, studio del modo in cui le cellule reagiscono con gli impianti in titanio e modellizzazione dell’epilessia nel piatto da cellule derivate dal paziente “, ha affermato O’Connell. “Altri progetti si concentrano su bioink sviluppati su misura per la bioprinting di particolari tipi di cellule. Ancora di più sono focalizzati sul miglioramento dell’interfaccia tra cellule viventi ed elettrodi impiantati nel corpo. Ancora più importante, tutto il nostro lavoro è focalizzato su una particolare domanda clinica che può sorgere e implica una stretta collaborazione con chirurghi e medici in ospedale. “

Per andare avanti con tutti questi progetti, O’Connell considera assolutamente fondamentale comprendere le cellule per l’ingegneria biomedica. E non solo le cellule o il comportamento cellulare, ma il sistema biologico nel suo insieme.

“Penso che l’intero campo stia apprezzando sempre di più che la chiave per progettare nuovi tessuti è capire il processo di sviluppo – cosa succede in utero quando quel tessuto è originariamente formato.”

Centinaia di ricercatori in tutto il mondo stanno correndo verso la bioprint 3D di organi funzionali viventi per il trapianto, sentiamo ripetutamente che questo è il santo graal della biofabbricazione, ma a BioFab3D gli scienziati si stanno impegnando in alcune delle preoccupazioni dei pazienti ospedalieri, delle afflizioni di salute e della vita reale i problemi che considerano potrebbero avere soluzioni a breve termine.

“Sono diffidente nel dare ossigeno all’idea di organi di bioprinting per l’impianto. Se ciò è possibile, ci vorranno un paio di decenni (e sospetto che la tecnologia finale avrà più a che fare con la coltivazione dello sviluppo di organoidi piuttosto che con la stampa diretta delle cellule). E non direi nemmeno che esiste una “frontiera finale”. Esistono diverse esigenze non soddisfatte in cui la bioprinting può svolgere un ruolo. Ogni nuovo trattamento che svilupperemo sarà una frontiera, che estenderà i limiti della salute umana “, ha spiegato l’esperto, che ha un forte background in fisica e nanoscienza.

C’è così tanta ricerca in corso e laboratori come BioFab3D stanno avanzando in aree come i muscoli bioingegnerizzati o i neuroni in coltura 3D che imitano l’attività cerebrale, così tanti sperano che le fasi precliniche e cliniche avanzino più velocemente. Tuttavia, O’Connell afferma che il processo non sta richiedendo più tempo del previsto poiché la ricerca medica generalmente procede lentamente e meticolosamente … il che significa che è sulla buona strada.

“Con tempistiche di ricerca e sviluppo dell’ordine di 10-15 anni, sviluppare qualsiasi nuovo trattamento che sia sicuro ed efficace è una cosa estremamente difficile da fare! Forse il campo della bioprinting sembra lento solo perché c’è così tanta attenzione da parte dei media, e quindi così tante aspettative. In effetti, il campo della bioprinting si sta muovendo incredibilmente veloce, è solo che quando catturi qualcosa con un frame rate elevato sembra che si muova al rallentatore. ”

Con così tanti progetti in cantiere, non c’è da meravigliarsi che il laboratorio sia anche coinvolto con le normative e le approvazioni della bioprinting in Australia. Secondo O’Connell, i membri del team BioFab3D sono già stati coinvolti nelle discussioni con l’ Australian Therapeutic Goods Administration (o TGA, l’equivalente della FDA negli Stati Uniti) sulla regolamentazione della stampa 3D in medicina, che include anche la bioprinting. O’Connell ha continuato affermando che “i regolatori di tutto il mondo stanno ancora cercando il modo più appropriato per gestire impianti personalizzati”.

“Il nostro è un campo in rapido movimento, quindi è necessario che vi sia una forte comunicazione tra ricercatori e regolatori. In effetti, uno dei nostri dottorandi è un ex valutatore di dispositivi medici con il TGA e sta esaminando questo problema in profondità. “

Uno dei principali impulsi del laboratorio è quello di educare la prossima generazione di ingegneri biomedici. Gli studenti sono ampiamente incoraggiati a frequentare il laboratorio e sperimentare insieme ai professori. Negli ultimi tre anni, studenti universitari, master, dottorandi e persino studenti delle scuole superiori si sono formati presso BioFab3D. In realtà O’Connell afferma che gli studenti sono in laboratorio molto più spesso dei professori!

Non sono solo gli studenti e i professori interessati agli sviluppi e alle innovazioni del laboratorio: anche molte aziende e ONG hanno collaborato con loro. La più importante è Stryker Corporation , che sta cofinanziando un progetto quinquennale chiamato Impianti just in time che unirà stampa 3D, chirurgia robotica e produzione avanzata per creare impianti su misura per i pazienti con carcinoma osseo.

Alla BioFab3D, scienziati e ingegneri lavorano con bioprinter 3D CELLINK Inkredible , Stratasys Objet 30Prime , scanner 3D SLS-3 David, stampante 3D Robo3D R2 , GeSIM Bioscaffolder e Dolomite Micropatricle Generator, insieme a bioreattori, come Perfusion Bioreactor e Cellec Ebers TC-3 dinamica bioreattore, sistemi per la biologia molecolare.

E se pensavi che fosse così, i ricercatori di BioFab3D possono ancora stupirti. Alla fine dell’anno scorso, hanno persino incaricato un drammaturgo locale (Rohan Byrne) di ricreare una storia che trattasse di domande sulla bioprinting 3D di tessuti e organi nell’ambito della National Science Week 2018. Lo spettacolo è stato ospitato dal vivo presso il laboratorio di BioFab3D. Per 10 giorni, gli attori hanno recitato nel laboratorio di scienze una storia reinventata del classico spettacolo di fantascienza “Rossum’s Universal Robots” (RUR), scritto cento anni fa da Karel Čapek.

O’Connell spiegò che i robot di Čapek non erano meccanici; erano facsimili in carne e ossa di persone fatte con una speciale sostanza gelatinosa. RUR è stato impostato (principalmente) all’interno di una fabbrica in cui sono stati fabbricati questi “robot”.

“Il laboratorio BioFab3D si concentra letteralmente sulla” costruzione di parti del corpo “utilizzando cellule viventi. Abbiamo sentito che questa convergenza di fantascienza e ricerca scientifica reale rende questo gioco rilevante oggi. ”

La fusione collaborativa di arte e scienza è stata chiamata RUR 2020 ed è ambientata in un periodo di dieci anni presso il Laboratorio Talos, dove i trapianti di organi umani sono diventati onnipresenti e sinonimo di una catena di montaggio in fabbrica. È una multimiliardaria e il governo è costretto a regolamentare e sviluppare un programma nazionale di trapianti. L’inganno e gli organi difettosi sono esposti in una svolta di notizie, provocando dimostrazioni di massa e un tracollo aziendale. La versione contemporanea della storia trattava le domande sulla bioprinting 3D di tessuti e organi, chiedendo cosa sarebbe successo se le parti del corpo bioprinted fossero disponibili in commercio? Ha ricevuto recensioni positive dalla critica locale ed è stato ampiamente frequentato, con oltre 250 persone tra il pubblico durante la sua corsa.

“La commedia ha affrontato alcune importanti questioni etiche, come l’obsolescenza programmata e il miglioramento umano. Si è rivelato estremamente positivo ed è stato accolto molto bene, abbiamo persino avuto attori dal vivo che si esibivano all’interno del laboratorio stesso “, ha detto O’Connell.

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