Caratterizzazione di idrogel ibridi rECM. a) Immagine di idrogel di alginato e topo rECM. Barre della scala:1 mm. b) Idrogel rECM modificato con alginato-fluoresceina ed ECM-rodamina che mostra la distribuzione dei componenti di alginato e ECM all'interno dell'idrogel (vedere anche il video S1 nelle informazioni di supporto). Barra della scala:200 µm. c) Immagine SEM di idrogel. Barre di scala:50 µm. d) Strain crossover (%) tra il modulo di accumulo e di perdita in idrogel di alginato (2%) e idrogel rECM (2% alginato, 5 mg mL-1 ECM) (n =3 per gruppo). e) Immagini di immunofluorescenza dell'epiteliale polmonare murino MLE12 e dell'endoteliale bEnd3 (cellule in bianco) in idrogel rECM modificati con alginato-fluoresceina (verde) e soluzione ECM-rodamina (rosso) il giorno 0 (giorno della semina) e il giorno 7. Barre della scala:100µm f) Aumento percentuale dell'attività metabolica delle cellule epiteliali (MLE12) ed endoteliali (bEnd.3) negli idrogel rECM rispetto agli idrogel di alginato il giorno 7 (n =3 per gruppo). g) Aumento percentuale delle cellule epiteliali murine proliferanti EdU+ (MLE12) negli idrogel rECM rispetto agli idrogel alginati il giorno 5 (n =3 per gruppo). h) Reometria oscillatoria (n =3 per gruppo). i) Immagini confocali di sedimentazione cellulare e j) coefficiente di sedimentazione calcolato (δ) di cellule A549 in terreni di coltura cellulare DMEM-F12, alginato, soluzione dECM e rECM derivata da topo per 6 h (n =3 per gruppo). Barra della scala:500 µm. k) Termografia della stampa FRESH (vedi Video S2 nelle Informazioni di supporto). l) Tubo cavo rECM biostampato in 3D e struttura ramificata (vedere i video S3 e S4 nelle informazioni di supporto). Barre della scala:2 mm. m) Attività metabolica (saggio WST-1) il giorno 7 di cellule A549 seminate (in vitro) e stampate in 3D in idrogel (n =3 per gruppo). n) Profili di sforzo di taglio medio dei bioink. Credito: Materiale avanzato (2020). DOI:10.1002/adma.202005476
I ricercatori dell'Università di Lund hanno progettato un nuovo bioinchiostro che consente per la prima volta di biostampare in 3D piccole vie aeree di dimensioni umane con l'aiuto delle cellule dei pazienti. I costrutti stampati in 3D sono biocompatibili e supportano la crescita di nuovi vasi sanguigni nel materiale trapiantato. Questo è un primo passo importante verso la stampa di organi in 3D. Il nuovo studio è stato pubblicato su Materiale avanzato .
Le malattie polmonari croniche sono la terza causa di morte nel mondo con un costo dell'UE di oltre 380 miliardi di euro all'anno. Per molte malattie croniche non esiste una cura e l'unica opzione allo stadio terminale per i pazienti è il trapianto di polmone. Però, non ci sono abbastanza polmoni del donatore per soddisfare la domanda clinica.
Perciò, i ricercatori stanno cercando modi per aumentare la quantità di polmoni disponibili per il trapianto. Un approccio è fabbricare polmoni in laboratorio combinando cellule con un'impalcatura bioingegnerizzata.
"Abbiamo iniziato in piccolo fabbricando piccoli tubi, perché questa è una caratteristica che si trova sia nelle vie aeree che nella vascolarizzazione del polmone. Utilizzando il nostro nuovo bioinchiostro con cellule staminali isolate dalle vie aeree del paziente, siamo stati in grado di biostampare piccole vie aeree che avevano più strati di cellule e sono rimaste aperte nel tempo, " spiega Darcy Wagner, professore associato e autore senior dello studio.
I ricercatori hanno prima progettato un nuovo bioinchiostro (un materiale stampabile con cellule) per il tessuto umano di biostampa 3D. Il bioink è stato realizzato combinando due materiali:un materiale derivato da alghe, alginato, e matrice extracellulare derivata dal tessuto polmonare.
Questo nuovo bioinchiostro supporta il materiale biostampato in diverse fasi del suo sviluppo verso il tessuto. Hanno quindi utilizzato il bioinchiostro per biostampare in 3D piccole vie aeree umane contenenti due tipi di cellule presenti nelle vie aeree umane. Però, questo bioinchiostro può essere adattato a qualsiasi tipo di tessuto o organo.
"Questi bioink di nuova generazione supportano anche la maturazione delle cellule staminali delle vie aeree in più tipi di cellule presenti nelle vie aeree umane adulte, il che significa che è necessario stampare meno tipi di cellule, semplificando i numeri di ugelli necessari per stampare il tessuto composto da più tipi di cellule, "dice Darcy Wagner.
Wagner osserva che la risoluzione deve essere migliorata per la biostampa 3D del tessuto polmonare più distale e dei sacchi d'aria, noto come alveoli, che sono vitali per lo scambio di gas.
"Speriamo che ulteriori miglioramenti tecnologici delle stampanti 3D disponibili e ulteriori progressi nel bioink consentiranno la bioprinting a una risoluzione più elevata al fine di progettare tessuti più grandi che potrebbero essere utilizzati per il trapianto in futuro. Abbiamo ancora molta strada da fare, " lei dice.
Il team ha utilizzato un modello murino molto simile all'immunosoppressione utilizzata nei pazienti sottoposti a trapianto di organi. Quando trapiantato, hanno scoperto che i costrutti stampati in 3D realizzati con il nuovo bioinchiostro erano ben tollerati e supportavano nuovi vasi sanguigni.
"Lo sviluppo di questo nuovo bioink è un significativo passo avanti, ma è importante validare ulteriormente la funzionalità delle piccole vie aeree nel tempo ed esplorare la fattibilità di questo approccio in modelli animali di grandi dimensioni, " conclude Martina De Santis, il primo autore dello studio.
