Tessuti sostitutivi biostampati per curare l’artrite

Una persona su dieci soffre di artrite nel corso della propria vita. L’artrite è causata dalla rottura del tessuto cartilagineo nelle articolazioni di una persona. Questa rottura porta a gonfiore, rigidità, disagio e dolore. Sempre più spesso, i ricercatori hanno esaminato la biostampa per la cartilagine sostitutiva della stampa 3Dusando le stesse cellule staminali dei pazienti al fine di ottenere un’articolazione danneggiata per guarire se stessa, il che metterebbe effettivamente fine all’artrite.

Come parte del progetto 3D-JOINT , finanziato dal quadro Horizon 2020 della Commissione europea , il professor Jos Malda con il  Centro medico universitario (UMC) di Utrecht nei Paesi Bassi e il suo team stanno sviluppando tessuti biostampati che possono sostituire una parte danneggiata una volta impiantati in un congiunta vivente. Questi tessuti sostitutivi bioprintilati alla fine matureranno in una partita per la cartilagine originale e sana.

Mentre è possibile stampare in 3D le cellule staminali strato per strato per rendere tessuti complessi, come la cartilagine del ginocchio , ciò non significa che diventino istantaneamente parti vitali del corpo e organi. È fondamentale mantenere le condizioni corrette per il materiale di costruzione cellulare, che è ovviamente più difficile da gestire rispetto alla plastica.

“La stampa non è l’ultimo passo nella biofabbricazione, dal momento che stampare qualcosa a forma di cuore non lo rende un cuore. Il costrutto stampato ha bisogno di tempo e di segnali chimici e biofisici corretti per maturare in un tessuto funzionale “, ha affermato il professor Malda.
I bioink contengono cellule viventi e alcuni scienziati usano idrogel, che consistono in reti polimeriche gonfie d’acqua, per aiutare il processo.

“Per il bioprinting, il materiale deve essere in grado di mantenere in vita le cellule”, ha spiegato la professoressa Malda. “Ciò richiede condizioni acquose e trattamento a temperature relativamente basse, il che rende i materiali ideali per l’idrogel candidati ideali.”
Gli idrogel sono abbastanza morbidi da fornire cellule, ma non sono in grado di reggere sotto lo stesso carico meccanico che certi tessuti fanno nel corpo umano. Così il professor Malda e il suo team hanno sperimentato materiali additivi, che rafforzano gli idrogel in modo che possano essere efficaci cartilagine sostitutiva.

Il professor Malda ha dichiarato: “Il rafforzamento dell’idrogel lo rende più forte – proprio come le barre di acciaio sono combinate con cemento morbido per creare il cemento armato che costituisce le fondamenta delle nostre case”.
Il team UMC Utrecht utilizza una tecnica di stampa 3D nota come electrowriting del fuso, che combina una forma fusa di poliestere chiamata polycaprolactone con un campo elettrico. Questo processo crea microfibre estremamente sottili, che vengono quindi utilizzate per creare scaffolding che viene unito all’idrogel contenente cellule.

Il professor Malda ha dichiarato: “La combinazione dell’idrogel con le fibre agisce in sinergia, aumentando la resistenza del composito oltre 50 volte, consentendo al contempo alle cellule di generare matrice extracellulare e maturare in un tessuto simile alla cartilagine”.
Il team, con l’obiettivo di stampare in 3D un giunto completo, sta ottenendo risultati favorevoli e sta ora lavorando per portare avanti il ​​processo in modo da creare costrutti più ampi; inoltre, stanno lavorando con diversi materiali per la sostituzione combinata di tessuto osseo e cartilagineo.

Ma l’utilizzo di bioink per rendere le cellule sostitutive per l’osso e la cartilagine non è l’unico vantaggio del bioprinting 3D per il trattamento dell’artrite. Il professor Daniel Kelly dell’Irish’s Trinity College di Dublino , che ha studiato utilizzando la stampa 3D per riparare l’osso prima, sta lavorando al progetto JointPrinting per sviluppare un sistema in grado di riparare i tessuti danneggiati nel corpo.

Il professor Kelly ha dichiarato: “Ci sono relativamente pochi esempi nella letteratura che dimostrino la capacità dei tessuti bioprinti di rigenerare effettivamente i tessuti danneggiati in appropriati modelli pre-clinici (animali).

“Penso che la bioprinting avrà due applicazioni principali. In primo luogo, come fonte di nuovi tessuti e organi nella medicina rigenerativa. In secondo luogo, come strumento per comprendere meglio le malattie umane e per testare la sicurezza e l’efficacia di nuovi farmaci destinati a tali malattie. ”
La professoressa Kelly e il suo team stanno sviluppando bioink stampabili in 3D che, cambiando le molecole che supportano e circondano le cellule staminali stampate, li incoraggeranno a produrre nuova cartilagine – essenzialmente insegnando loro come creare il giusto tipo di tessuto. L’obiettivo qui è quello di rendere le cellule staminali stampate in 3D che saranno in grado di riparare i tessuti danneggiati una volta che sono stati impiantati nel corpo di una persona.

Il team sta inoltre utilizzando fattori di crescita per stimolare la formazione di nuovi vasi sanguigni nei tessuti lesi.

Il professor Kelly ha spiegato: “A volte incorporiamo il VEGF (fattore di crescita dell’endotelio vascolare) nei nostri tessuti bioprinti … per incoraggiare i nuovi vasi sanguigni a formarsi nelle regioni di un osso o articolazione danneggiati dove vogliamo che l’osso cresca.

“Introduciamo i gradienti del VEGF nei tessuti bioprinti che dirigono i vasi sanguigni ospiti (da formare) nelle regioni appropriate dei nostri impianti”.
Le richieste sulle articolazioni umane possono essere molto diverse, a seconda di dove si trovano nel corpo. Per testare i tessuti stampati in 3D della sua squadra, la Professoressa Kelly utilizza la modellazione computazionale per avere un’idea migliore di come la composizione e la struttura degli impianti possano essere regolate per funzionare in ambienti diversi. Trova anche la loro elasticità e rigidità attraverso macchine per prove meccaniche specializzate.

Speriamo che non ci voglia molto tempo prima che il bioprinting 3D possa essere usato per trovare un trattamento rapido ed efficace per l’artrite dolorosa.

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