La rivoluzione del bioprinting: stampa 3D accessibile per trasformare la coltura cellulare
In ” La rivoluzione sarà open-source: come la bioprinting 3D può cambiare la cultura cellulare 3D “, gli autori Robert D. Bruno, John Reid e Patrick C. Sachs esplorano l’aspetto rivoluzionario degli scaffold 3D nella bioprinting, con l’ingegneria dei tessuti che abbraccia un tale vasta gamma in medicina oggi.
Sebbene la stampa 3D abbia un impatto su quasi tutti i settori in tutto il mondo, nel campo medico sembrerebbe che la tecnologia tocchi praticamente ogni aspetto, dalla ricerca sul cancro al seno all’industria dentale.
Esempio di una stampa coordinata di gruppi di cellule MCF12a marcate con proteina fluorescente rossa (RFP) a distanze di 200 µm in un array lineare. Immagine scattata 24 ore dopo la stampa. Barra della scala = 200µm.
Per la maggior parte dei ricercatori, tipi comuni di substrati utilizzati nell’ingegneria dei tessuti sono la matrice extracellulare (ECM) ricca di membrane e il collagene estratto dai ratti.
“I processi di coltura 3D in questi due substrati sono rimasti invariati per quasi mezzo secolo: le cellule vengono mescolate con matrice non polimerizzata per disperderle casualmente su tutto il substrato durante la polimerizzazione o sovrapposte casualmente sopra un idrogel preformato. Sebbene efficace nella generazione di strutture organoidi / tumoroidi, la natura casuale di questi processi presenta molti inconvenienti che limitano la riproducibilità e la sintonizzazione del disegno sperimentale “, spiegano gli autori.
E mentre uno dei più grandi aspetti della stampa 3D oggi potrebbe essere l’improvvisa accessibilità e convenienza delle stampanti 3D (un ottimo esempio di ciò sarebbe l’ubiquità di tale tecnologia nelle scuole di tutto il mondo, così come nelle officine fai-da-te), che non ha tuttavia è passato al bioprinting, ad eccezione dei laboratori specializzati dotati di ingenti fondi per l’acquisto delle attrezzature e dei bionici necessari.
Con l’avvio di questo progetto, gli autori hanno sviluppato il proprio sistema di bioprinting 3D accessibile e accessibile. Destinata ad essere utilizzata in applicazioni scientifiche, la stampante è estremamente versatile e adattabile a molte applicazioni diverse: dalla stampa di celle agli elettrodi di guida per la direzione di impulsi elettrici delle celle.
“Per aumentare la precisione e mantenere l’integrità delle celle stampate, utilizziamo siringhe per micropipette in vetro tirato come” testina di stampa “per iniezione cellulare”, affermano i ricercatori. “Rispetto agli aghi in acciaio standard collegati alle siringhe luer lock, queste micropipette in vetro hanno un punto più fine e riducono la forza pura sulle cellule. Combinati, questo minimizza le interruzioni delle celle e consente all’idrogel di sigillare dietro la stampa. Pertanto, il nostro sistema consente il posizionamento preciso delle cellule, che si auto-organizzano in organoidi / tumoroidi, creando strutture funzionali. “
I ricercatori hanno mantenuto un focus sulla bioprinting nel regno degli organoidi mammari, con il potenziale per far crescere le cellule in dimensioni e forme prevedibili.
“La chiave per la crescita guidata era il fatto che le cellule epiteliali mammarie (MCF12a e MCF10a) sarebbero cresciute preferibilmente verso impronte vicine, formando singoli organoidi contigui. Usando questa strategia, abbiamo generato grandi organoidi mammari contigui luminescenti (> 5 mm di lunghezza). Ciò è in netto contrasto con la cultura casuale in cui la dispersione delle cellule si traduce in forma e dimensioni di organoidi casuali, con organoidi che non formano mai più di un paio di centinaia di micron, “hanno concluso i ricercatori.
“I nostri studi evidenziano la facilità di accesso e l’utilità della tecnologia per gli studi di base sulla biologia delle cellule e del cancro. Pertanto, speriamo di abbassare ulteriormente la soglia di ingresso sviluppando soluzioni di facile accesso, come kit già pronti e un’interfaccia utente grafica (GUI) per semplificare la programmazione sperimentale. Il sistema offre un passo avanti potenzialmente rivoluzionario per i modelli di cultura 3D di sviluppo e cancro. “
Il bioprinting sta facendo un grande segno nel mondo, così come nel regno della stampa 3D, una tecnologia che ha ispirato gli scienziati nei laboratori di tutto il mondo ad affrontare la sfida dell’ingegneria dei tessuti.
E mentre la ricerca ha già prodotto così tanti risultati positivi, dal consentire ai pazienti di condurre una vita di qualità superiore a causa di innovazioni come il tessuto sintonizzabile , lo sviluppo di tecniche microfluidiche e persino innesti cutanei su misura , il vero obiettivo: il miracolo finale della stampa 3D sarà quello di un organo umano.
Una volta che gli scienziati saranno in grado di superare questo ostacolo, molti pazienti si rallegreranno nel sapere che potrebbero essere in grado di bypassare le liste di attesa a lungo termine per gli organi ricavati dalle proprie cellule.