I tessuti e gli organi ingegnerizzati sono stati coltivati ​​con vari gradi di successo nei laboratori per molti anni. Molti di loro hanno utilizzato un approccio a scaffold in cui le cellule vengono seminate su strutture di supporto biodegradabili che forniscono l'architettura sottostante dell'organo o del tessuto desiderato.

Ma gli scaffold possono essere problematici, in definitiva, dovrebbero degradarsi e scomparire, ma il tempismo che la decomposizione coincida con la maturazione dell'organo è difficile, e talvolta i sottoprodotti della degradazione possono essere tossici. Gli scaffold possono anche interferire con lo sviluppo delle connessioni cellula-cellula, importanti per la formazione dei tessuti funzionali.

Ora, un gruppo di ricerca guidato da Eben Alsberg, il professore di bioingegneria e ortopedia Richard and Loan Hill presso l'Università dell'Illinois a Chicago, ha sviluppato un processo che consente la stampa 3D di tessuti biologici senza impalcature utilizzando "inchiostro" costituito da sole cellule staminali. Riportano i loro risultati sulla rivista Orizzonti di materiali .

"La nostra piattaforma di stampa solo per celle consente la stampa 3D di celle senza un classico supporto per impalcatura utilizzando un bagno temporaneo di perle di idrogel in cui avviene la stampa, "Ha detto Alsberg.

Le perle di idrogel su scala micron consentono all'ugello della stampante 3D di muoversi attraverso di esso e depositare cellule con una resistenza minima al movimento dell'ugello o all'espulsione delle cellule. Le perle di gel supportano le cellule mentre vengono stampate e le mantengono in posizione e ne preservano la forma.

Una volta che le cellule sono state stampate nella matrice di perline di idrogel, è esposto ai raggi UV, che intreccia le perline insieme, in effetti congelandoli sul posto. Ciò consente alle celle stampate di connettersi tra loro, maturare e crescere all'interno di una struttura stabile. Il mezzo che bagna le cellule scorre facilmente attraverso le perline di gel reticolate e può essere sostituito secondo necessità per fornire nutrienti freschi e smaltire i prodotti di scarto prodotti dalle cellule. Le perle di idrogel possono essere rimosse mediante una leggera agitazione, o controllarne il degrado, lasciando il tessuto intatto dietro.

"Il bagno di idrogel ha proprietà uniche che consentono sia la stampa del bioinchiostro solo cellulare in architetture complesse, e successiva stabilizzazione temporanea di queste strutture di sole cellule per consentire la formazione di giunzioni cellula-cellula, " Ha detto Alsberg. "Utilizzando la chimica possiamo quindi regolare quando le perline vanno via".

Le cellule utilizzate dal team di Alsberg sono cellule staminali, quelle che possono differenziarsi in un'ampia varietà di altri tipi di cellule. Hanno usato le cellule staminali per stampare in 3D un orecchio cartilagineo e un "femore" delle dimensioni di un roditore nel bagno di perle di idrogel. Le cellule che hanno stampato sono state in grado di formare stabili, connessioni cellula-cellula attraverso proteine ​​specializzate.

"Per la prima volta, i costrutti di sole cellule possono essere stampati in forme complesse costituite da diversi tipi di cellule senza un supporto di idrogel o un'impalcatura tradizionale che può quindi essere stabilizzata per un periodo da un giorno a settimane. Abbiamo dimostrato che gli aggregati cellulari possono essere organizzati e assemblati utilizzando questa strategia per formare tessuti funzionali più grandi, che può essere prezioso per l'ingegneria dei tessuti o la medicina rigenerativa, screening dei farmaci e come modelli per studiare la biologia dello sviluppo, "Ha detto Alsberg.