I bioingegneri dell'Università della California a San Diego hanno sviluppato una tecnica di biostampa 3D che funziona con materiali naturali ed è facile da usare, consentendo ai ricercatori con diversi livelli di competenza tecnica di produrre modelli di tessuti d'organo realistici.

A riprova del concetto, il team dell'UC San Diego ha usato il suo metodo per creare reti di vasi sanguigni in grado di mantenere in vita un tumore al seno fuori dal corpo. Hanno anche creato un modello di intestino umano vascolarizzato. L'opera è stata pubblicata di recente su Materiali sanitari avanzati .

L'obiettivo non è creare organi artificiali che possano essere impiantati nel corpo, ricercatori hanno detto, ma per creare modelli di organi umani facili da coltivare che possono essere studiati all'esterno del corpo o utilizzati per lo screening di farmaci.

"Vogliamo rendere più facile per gli scienziati di tutti i giorni, che potrebbero non avere la specializzazione richiesta per altre tecniche di stampa 3D, realizzare modelli 3D di qualunque tessuto umano stiano studiando, " ha detto il primo autore Michael Hu, un dottorato di ricerca in bioingegneria. studente presso la UC San Diego Jacobs School of Engineering. "I modelli sarebbero più avanzati delle colture cellulari standard 2-D o 3-D, e più rilevante per gli esseri umani quando si tratta di testare nuovi farmaci, che è attualmente fatto su modelli animali."

"Non hai bisogno di niente di complicato per adottarlo nel tuo laboratorio, " ha detto Prashant Mali, un professore di bioingegneria presso la Jacobs School of Engineering della UC San Diego, autore senior dello studio. "La nostra speranza è che più laboratori siano in grado di lavorare con questo e sperimentare con questo. Più viene adottato, più impatto potrebbe avere."

Il metodo è semplice. Per creare una rete di vasi sanguigni vivente, Per esempio, i ricercatori prima progettano digitalmente un'impalcatura utilizzando Autodesk. Utilizzando una stampante 3D commerciale, i ricercatori stampano l'impalcatura con un materiale solubile in acqua chiamato alcol polivinilico. Quindi versano uno spesso rivestimento, fatto di materiali naturali, sopra l'impalcatura, lascia che si asciughi e si solidifichi, e quindi risciacquare il materiale dell'impalcatura all'interno per creare canali cavi dei vasi sanguigni. Prossimo, rivestono l'interno dei canali con cellule endoteliali, che sono le cellule che rivestono l'interno dei vasi sanguigni. L'ultimo passaggio consiste nel far fluire i mezzi di coltura cellulare attraverso i vasi per mantenere le cellule vive e in crescita.

I vasi sono realizzati con materiali naturali presenti nel corpo come il fibrinogeno, un composto trovato nei coaguli di sangue, e Matrigel, una forma disponibile in commercio di vera matrice extracellulare di mammifero.

Trovare i materiali giusti è stata una delle sfide più grandi, ha detto lo studente universitario di bioingegneria Xin Yi (Linda) Lei, un coautore dello studio. "Volevamo utilizzare materiali naturali piuttosto che sintetici, così potremmo fare qualcosa il più vicino possibile a ciò che è nel corpo. Dovevano anche essere in grado di lavorare con il nostro metodo di stampa 3D".

"Possiamo usare questi materiali di origine biologica quotidiana per realizzare ex vivo tessuti vascolarizzati, " ha detto Mali. "E questo è un aspetto importante se vogliamo realizzare tessuti che possano essere sostenuti per periodi di tempo molto lunghi fuori dal corpo".

Rimanere vivo

In una serie di esperimenti, i ricercatori hanno utilizzato i vasi sanguigni stampati per mantenere vivi i tessuti del tumore al seno fuori dal corpo. Hanno estratto pezzi di tumori dai topi e poi hanno incorporato alcuni dei pezzi nelle reti di vasi sanguigni stampati. Altri pezzi sono stati conservati in una coltura cellulare 3D standard. Dopo tre settimane, i tessuti tumorali incapsulati nelle impronte dei vasi sanguigni erano rimasti in vita. Nel frattempo, quelli nella coltura cellulare 3D standard erano per lo più morti.

"La nostra speranza è di poter applicare il nostro sistema per creare modelli tumorali che possono essere utilizzati per testare farmaci antitumorali al di fuori del corpo, " disse Hu, che è particolarmente interessato allo studio dei modelli di tumore al seno. "Il cancro al seno è uno dei tumori più comuni:ha una delle più grandi porzioni di ricerca ad esso dedicata e uno dei più grandi gruppi di prodotti farmaceutici in fase di sviluppo. Quindi qualsiasi modello che possiamo realizzare sarebbe utile a più persone".

In un'altra serie di esperimenti, i ricercatori hanno creato un modello di intestino vascolarizzato. La struttura era composta da due canali. Uno era un tubo dritto rivestito con cellule epiteliali intestinali per imitare l'intestino. L'altro era un canale del vaso sanguigno (rivestito di cellule endoteliali) che si avvolgeva a spirale attorno al canale intestinale. L'obiettivo era ricreare un intestino circondato da una rete di vasi sanguigni. Ciascun canale è stato quindi alimentato con supporti ottimizzati per le sue cellule. Entro due settimane, i canali hanno iniziato ad assumere morfologie più realistiche. Per esempio, il canale intestinale aveva iniziato a spuntare i villi, che sono le piccole proiezioni simili a dita che rivestono l'interno della parete intestinale.

"Con questo tipo di strategia, possiamo iniziare a rendere complesso, sistemi di lunga vita in an ex vivo collocamento. Nel futuro, questo potrebbe forse soppiantare l'uso degli animali per realizzare questi sistemi, che è quello che si sta facendo in questo momento, " ha detto Male.

"Questa è stata una prova del concetto che mostra che possiamo coltivare diversi tipi di cellule insieme, che è importante se vogliamo modellare le interazioni multiorgano nel corpo. In una sola stampa, possiamo creare due ambienti locali distinti, ognuno mantiene in vita un diverso tipo di cellula, e posizionati abbastanza vicini tra loro in modo che possano interagire, " ha detto Hu.

Andando avanti, il team sta lavorando per estendere e perfezionare questa tecnica. Il lavoro futuro si concentrerà sull'ottimizzazione dei vasi sanguigni stampati e sullo sviluppo di modelli di tumore vascolarizzati che imitano più da vicino quelli del corpo.