Cos'è la biostampa?

La bioprinting è un processo di produzione additiva che costruisce parti del corpo artificiali a partire da filamenti costituiti da cellule viventi. In genere, questi filamenti di biomateriale (chiamati bioinchiostro) vengono estrusi strato dopo strato per creare una parte biomedica sintetica, simile alla stampa 3D. L'idea è quella di costruire strutture biomimetiche che replichino accuratamente quelle presenti naturalmente nel nostro corpo. Finora, la bioprinting può produrre tessuti viventi, ossa e vasi sanguigni, con l’obiettivo di fabbricare interi organi da zero.

Il bioprinting è il processo di creazione di strutture cellulari 3D a partire da bioinchiostri. Viene utilizzato per costruire repliche funzionali e biologiche di parti del corpo, come tessuti viventi, ossa e vasi sanguigni.

Nella stampa 3D, una stampante può essere utilizzata per costruire strumenti e strutture, come accessori tecnologici, gioielli o giocattoli, in metalli, plastica o ceramica.

“La biostampa fa un ulteriore passo avanti”, ha affermato Ryan Creek, un medico associato certificato con esperienza nella medicina rigenerativa presso startup biotecnologiche. "La 'stampa' viene eseguita utilizzando materiali di derivazione biologica che possono quindi replicare alcune delle proprietà di tessuti specifici del corpo."

Si ritiene che la bioprinting sia un’avanguardia per la medicina rigenerativa e sarà probabilmente utilizzata per riparare o ripristinare i tessuti danneggiati e malati. Attualmente, viene messo alla prova nella ricerca di laboratorio per testare farmaci ed esplorare trattamenti. Proprio l’anno scorso, i chirurghi di San Antonio, in Texas, sono diventati il ​​primo team a impiantare una struttura biostampata in 3D – un orecchio, cresciuto dalle cellule del paziente – su un essere umano.

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Prima che inizi la stampa vera e propria, è necessario prelevare una biopsia dall'organo. Alcune cellule “desiderate” vengono isolate, quindi moltiplicate attraverso un processo di coltura che promuove la crescita in un ambiente artificiale. A seconda del progetto vengono selezionati alcuni tipi di cellule. Ad esempio, se un ricercatore volesse fabbricare un menisco, per il lavoro sarebbero necessarie cellule fibrocartilaginee.

Queste cellule verranno quindi mescolate in una soluzione di idrogel, che fornisce ossigeno e sostanze nutritive alle cellule per mantenerle in vita, e caricate in una cartuccia.

"Le formulazioni di bioinchiostri sono tipicamente costituite da [una combinazione di biomateriali] che aiutano le cellule a crescere e maturare come tessuti", ha spiegato Didarul Bhuiyan, scienziato di biomateriali e ingegneria dei tessuti presso West Pharmaceutical Services. Questi biomateriali solitamente includono diversi biopolimeri, proteine ​​e fattori di crescita. Insieme, aiutano a costruire l’impalcatura che poi verrà popolata dalle cellule viventi.

Nel frattempo, viene creato un progetto digitale utilizzando un file di progettazione assistita da computer (CAD) che unisce il soggetto in strati sottili. Questo prepara la struttura tridimensionale come un insieme di istruzioni che costruiscono l'oggetto dal basso verso l'alto.

A questo punto il progetto è pronto per la stampa. Un ugello guidato da un braccio robotico si muove orizzontalmente lungo un asse XYZ, estrudendo il filamento mentre segue il progetto del file CAD. Strato dopo strato, il bioinchiostro costruisce la struttura finale su un vassoio per impalcature o su una base liquida.

Mentre alcuni biomateriali possono guarire in tempo reale, altri potrebbero richiedere maggiori cure in vivo per garantire la piena funzionalità e la vitalità cellulare complessiva. Nella post-produzione, le strutture biostampate possono essere collocate in bioreattori per la maturazione, la vascolarizzazione e la stabilità ottimali dei tessuti. A seconda della complessità di una parte biomedica, questo passaggio finale può richiedere settimane o addirittura mesi.

Quanto sopra descrive il metodo di bioprinting più comune, chiamato estrusione di materiale. Altri metodi includono la biostampa 3D a getto d’inchiostro, che costruisce pezzi in goccioline, e la stereolitografia, una tecnica che polimerizza un oggetto proiettando luce ultravioletta attraverso una vasca di resina.

Non è un segreto che creare organi integri e funzionali sia il Santo Graal della bioprinting.

Questo è il motivo per cui i ricercatori dell’Università di San Paolo in Brasile hanno esplorato l’uso delle cellule del sangue per sviluppare versioni in miniatura del fegato umano, producendo un organo vitale in soli 90 giorni. Gli “organoidi epatici” possono produrre proteine ​​vitali, immagazzinare vitamine e secernere la bile.