Un bio-inchiostro ibrido stampabile in 3D in grado di trattare l’ischemia

Ricercatori coreani sviluppano un bio-inchiostro ibrido stampabile in 3D per il trattamento delle condizioni vascolari ischemiche

La progressione delle tecniche di biostampa 3D sembra accelerare a un ritmo notevole in questi giorni, e un altro significativo passo avanti nel campo è stato recentemente raggiunto da un gruppo di ricercatori coreani. La squadra è stata guidata da Young Joon Hong, Sang-Mo Kwon, and Dong-Woo Ch, dell’Università di Scienza e Tecnologia di Pohang e dall’Università Nazionale di Pusan. Sono riusciti a creare un nuovo bio-inchiostro ibrido che può essere utilizzato per le strutture di stampa 3D cruciali per il trattamento di varie condizioni di circolazione del sangue.

Quando la circolazione è limitata a causa di blocchi o danni ai vasi sanguigni, questa limitata disponibilità di sangue può portare a ulteriori danni agli organi e ai tessuti colpiti. La situazione, nota come ischemia, causa molte malattie e colpisce le persone in diversi modi, ma i trattamenti sono ancora relativamente limitati. Le terapie cellulari sono state spesso applicate, con diversi gradi di successo.

Molti dei trattamenti delle cellule per problemi ischemici hanno fatto uso delle cellule progenitrici endoteliali (EPC), al fine di stimolare la neovascolarizzazione. Il problema con questo approccio è che i siti ischemici sono spesso ostili alle EPC, limitando la loro capacità di sopravvivere e di differenziarsi a causa della bassa nutrizione, dello stress ossidativo, dell’infiammazione e delle specie di ossigeno reattivo.

Una soluzione a questo problema è suggerita dall’utilizzo di quelle che sono note come matrici extracellulari de-cellulari (dECM). Questi sono essenzialmente i quadri o gli scheletri di diversi tessuti organici, con le cellule rimosse. A causa della loro composizione, struttura e proprietà biomeccaniche, sono ideali per incoraggiare la sopravvivenza e la proliferazione delle cellule in nuovi ambienti.

Studi precedenti hanno utilizzato le dECM derivanti da una varietà di tessuti diversi per sviluppare bio-inchiostri stampabili 3D. Questi bio-ink sono stati poi utilizzati con successo per promuovere la funzione tissutale e le attività cellulari. I ricercatori della Corea del Sud hanno voluto vedere se un inchiostro basato su un dECM vascolare potesse essere usato in modo simile per trattare i problemi vascolari causati dall’ischemia. Hanno creato un bio-inchiostro ibrido mescolando dECM vascolare da un tessuto aortico del maiale con idrogel di sodio alginato, che è un elemento chiave dei bio-inchiostri stampabili in 3D.

La squadra ha poi utilizzato questo bio-inchiostro ibrido e un metodo di stampa 3D coassiale per produrre vasi sanguigni bio (BBV). La scalabilità facile della tecnologia di stampa 3D ha significato che sono stati in grado di creare questi BBV in una gamma di diverse dimensioni per il test. Il sistema di stampa 3D è stato progettato appositamente per il compito dai ricercatori e hanno fatto uso di ugelli di estrusione coassiali disponibili in commercio. Dopo la stampa completa, c’è stata l’incubazione a 37 gradi per 30 minuti, che hanno portato alla dissoluzione dell’idrogel e hanno lasciato una struttura vuota dietro.

Questi tubi BBV vuoti sono stati testati in vitro, con attività cellulare che viene misurata regolarmente. Sono stati promossi con successo la vitalità, la proliferazione e la differenziazione delle EPC. Rispetto al collagene di tipo I, un materiale più di base utilizzato per scopi simili che è stato l’elemento di controllo in questo esperimento, i risultati erano notevolmente superiori.

I BBV stampati in 3D sono stati anche testati sui topi di laboratorio i cui arti posteriori erano stati sottoposti a  ischema. I BBV, impiantati vicino ai vasi sanguigni interessati, sono stati trovati per promuovere un rapido recupero. Come previsto prima del test, hanno agito come una forma di innesto di vasi sanguigni, nonché un sistema di somministrazione di farmaci che ha fornito un ambiente in grado di stimolare lo sviluppo di EPC in tessuto vascolare funzionale.

I ricercatori prevedono una serie di applicazioni per questa promettente ricerca, i cui risultati sono stati pubblicati nel diario dei Materiali Funzionali Avanzati. Nuovi percorsi potenziali sono ora aperti per essere esplorati con l’aiuto del loro bio-inchiostro ibrido come la rigenerazione dalle malattie ischemiche, la sostituzione dei vasi sanguigni feriti, la costruzione diretta di tessuti / organi pre-vascolarizzati e la costruzione di modelli vascolari e biochimici.

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