Tommaso E. Angelini, dottorato di ricerca, Professore Associato nel Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale dell'Università della Florida e il suo gruppo di ricerca, il laboratorio di Soft Matter Engineering ha fabbricato con successo microfasci viventi da cellule di glioblastoma e materiale extracellulare (ECM) incorporato in un mezzo di supporto microgel imballato. Successivamente hanno caratterizzato le proprietà fisiche delle travi e hanno confrontato i loro risultati con i tradizionali modelli di ingegneria meccanica. Con loro sorpresa, questi microscopici, le strutture delicate si comportano in modo molto simile alle travi massicce utilizzate nella costruzione di edifici di tutti i giorni. "Siamo stati lieti ed entusiasti di vedere che i nostri micro-fasci, solo da 50 a 200 µm di diametro, ha agito secondo i principi meccanici per altri modelli come le grandi travi in ​​acciaio, " ha affermato S. Tori Ellison. Ellison è uno studente di dottorato di ricerca in Ingegneria Meccanica e Aerospaziale che è seguito dal Dr. Angelini ed è il co-autore del documento pubblicato che è risultato di questa ricerca.

Per testare sistematicamente le variabili che controllano la meccanica del microraggio cellula-ECM, i ricercatori hanno variato la densità cellulare, concentrazione ECM, diametro del microraggio, e le proprietà del materiale circostante. Hanno trovato una cascata di comportamenti guidati dalle cellule, compreso l'instabilità della trave, rottura, e contrazione assiale. Modificando le teorie meccaniche classiche, hanno scoperto i principi di base della meccanica dei microfasci tissutali che possono essere generalizzati ai tipi di cellule, ECM, e materiali di supporto per la biostampa. "Questi principi fondamentali possono essere estesi ad altre forme come fogli e tubi, consentire un futuro orientato ai componenti della progettazione meccanica nell'ingegneria dei tessuti e nella biofabbricazione in cui stabilità e instabilità sono programmate nel processo di maturazione dei tessuti, " ha detto Cameron Morley, co-primo autore. Morely è anche un dottorato di ricerca in ingegneria meccanica e aerospaziale. allievo tutorato dalla Dott.ssa Angelini.

La loro scoperta rivoluzionaria, che ha implicazioni significative sulle strategie di biofabbricazione 3D e sulla progettazione di complessi multicellulari dinamici nella medicina rigenerativa, così come le applicazioni di ingegneria dei tessuti, è pubblicato nel numero di luglio di Comunicazioni sulla natura .

I risultati di questa ricerca saranno utilizzati in un nuovo entusiasmante progetto che il Dr. Angelini e il suo team di ingegneri della materia soffice hanno appena iniziato, che prevede lo sviluppo di modelli di tessuto epatico 3-D avanzati per applicazioni di sviluppo di farmaci. "BioFabUSA, un Manufacturing U.S. Institute finanziato dal Dipartimento della Difesa, gestito dall'Advanced Regenerative Manufacturing Institute (ARMI), sta finanziando il progetto».

Secondo la proposta di progetto, l'obiettivo è sviluppare micro-tessuti che possano essere utilizzati in applicazioni commerciali per lo sviluppo di farmaci. L'obiettivo della ricerca è generare microtessuti epatici biofabbricati in vitro di dimensioni e composizione cellulare definite, che avrà alti livelli di riproducibilità in termini di metrologia, funzione cellulare, e la sensibilità delle cellule ai farmaci e ai composti di prova.

La proposta delinea tre componenti:

1. Un nuovo sistema di biofabbricazione e coltura 3D che facilita una rapida, preciso, bio-stampa 3D ad alta risoluzione di più componenti, monitoraggio e analisi dei microtessuti, e la manutenzione dei micro-tessuti attraverso lo scambio o il passaggio dei media;
2. Combinazioni di cellule epatiche e materiali extracellulari stampati in 3D in numerose microstrutture diverse che verranno monitorate per i criteri di risposta; e
3. Soluzioni avanzate di automazione e ingegneria.

Il progetto sarà una stretta collaborazione tra UF e partner industriali. I ricercatori del progetto prevedono che i loro risultati porteranno a nuovi prodotti, compresi microtessuti confezionati in grado di essere utilizzati per modellare la tossicità epatica umana di composti farmaceutici nello sviluppo e nei test avanzati di farmaci.

Questo progetto produrrà anche la strumentazione, tecniche, e saggi necessari per la bio-produzione di piccoli surrogati di una moltitudine di diversi tipi di tessuto nella fase successiva della ricerca.

Il Dr. Angelini ha riassunto il lavoro del suo team, "L'impegno dedicato del nostro laboratorio a dimostrare le solide basi del nostro sistema di coltura 3-D di biofabbricazione ci rende un partner affidabile di scelta in questo sforzo innovativo per portare sul mercato farmaci e trattamenti efficaci in un modo più sicuro, più veloce, modo meno costoso».

"I ricercatori di ingegneria stanno contribuendo sempre più direttamente alla ricerca sulla traduzione clinica che potrebbe tradursi in benefici concreti e immediati che hanno un impatto su persone e popolazioni. Quello che hanno fatto il dottor Angelini e i suoi studenti è stato esemplare di Nuovi Ingegneri che trasformeranno la società del futuro, " ha concluso il dottor Forrest Maestri, Associate Dean of Research per l'Herbert Wertheim College of Engineering.