Tessuti, valvole e un cuore di neonato in grado di contrarsi: sono i risultati ottenuti con una tecnica di stampa in 3D che usa come "inchiostro" il collagene, uno dei componenti dell'impalcatura di sostegno dei tessuti biologici
2 ago 2019 Il sogno di avere pezzi di ricambio per gli organi umani, e in particolare per il cuore, sembra ancora più vicino. Andrew Lee della Carnegie Mellon University di Pittsburgh e colleghi hanno perfezionato le più recenti tecniche di stampa in 3D e usato come materia prima il collagene, la più importante componente della matrice extracellulare (l'impalcatura di sostegno dei tessuti biologici).
Con l’aggiunta di cellule in coltura, il risultato descritto sulle pagine di "Science" – è sorprendente: tessuti e strutture che riproducono con incredibile accuratezza l’anatomia e le funzioni fondamentali del cuore umano, come la contrattilità e l’apertura e la chiusura delle valvole cardiache.
Il risultato corona alcuni anni di sforzi di ricerca e sperimentazione del gruppo di Lee, che già nel 2015 aveva presentato la prima versione di questa tecnica, denominata FRESH. Tuttavia, non era ancora stato superato uno degli ostacoli fondamentali della stampa di tessuti biologici, o bioprinting, e cioè la produzione di un materiale che sia al contempo soffice e dotato di una microstruttura molto ben definita, adatta cioè a sostenere la colonizzazione delle cellule e una rete di vasi sanguigni.
Il collagene, in particolare, è il materiale più adatto a formare l’impalcatura di sostegno per gli organi artificiali, ma è difficile controllarne la microstruttura a diverse scale dimensionali mentre si stampa.
Lee e colleghi hanno risolto il problema depositando il collagene come un normale "inchiostro" in una stampante 3D, strato per strato, all'interno di un gel, controllando la solidificazione del collagene anche alle scale più piccole, fino a 10 micron. Hanno così ottenuto una matrice con una microstruttura porosa, con canali di dimensioni fino a 30 micron di diametro, adatti all’infiltrazione delle cellule e alla vascolarizzazione della matrice.
Una delle valvole cardiache prodotte con la nuova tecnica (Carnegie Mellon University College of Engineering)
Questi ultimi due processi hanno avuto successo, sia con cellule di topo sia con cellule umane in coltura, grazie all’aggiunta di due ingredienti: la fibronectina, un’altra proteina fondamentale della matrice extracellulare naturale, e il VEGF, un potente fattore di crescita dei vasi sanguigni.
Usando cardiomiociti, le cellule che costituiscono il muscolo cardiaco, derivati da cellule staminali umane, gli autori sono poi riusciti a produrre anatomie sempre più complesse – un tessuto cardiaco, un ventricolo e infine un cuore di neonato completo – con una fedeltà notevole, documentata dalle immagini di risonanza magnetica.
Ma a stupire di più sono i risultati in termini di funzionalità del prototipo: i tessuti umani così organizzati possono contrarsi in modo sincrono, e le valvole cardiache si chiudono e si aprono.
Il metodo FRESH, in questa sua seconda versione denominata FRESH 2.0, ha dunque dimostrato la sua validità per il cuore umano, ma potrebbe essere usato per produrre tessuti di sostegno per un’ampia gamma di organi. La strada per questo obiettivo deve superare ancora diversi problemi tecnici, primo fra tutti la stampa in 3D di tessuti di grandi dimensioni, con miliardi di cellule. (red)
