Un nuovo processo automatizzato stampa un'impalcatura di idrogel a base di peptidi contenente cellule uniformemente distribuite. Gli scaffold mantengono bene le loro forme e facilitano con successo la crescita cellulare che dura per settimane.

La "biostampa", la stampa 3D che incorpora cellule viventi, ha il potenziale per rivoluzionare l'ingegneria dei tessuti e la medicina rigenerativa. Gli scienziati hanno sperimentato "bioink" naturali e sintetici per stampare scaffold che tengono in posizione le cellule mentre crescono e formano un tessuto con una forma specifica. Ma ci sono sfide con la sopravvivenza delle cellule. Bioinchiostri naturali, come gelatina e collagene, devono essere trattati con prodotti chimici o luce ultravioletta per mantenere la loro forma, che influenza la vitalità cellulare. Gli idrogel polimerici sintetici testati fino ad oggi richiedono anche l'uso di sostanze chimiche aggressive e condizioni che minacciano la sopravvivenza cellulare.

La bioingegnere di KAUST Charlotte Hauser ha guidato un team di ricercatori per sviluppare un processo di biostampa che utilizza peptidi ultracorti come base dell'inchiostro dell'impalcatura. Hanno progettato tre peptidi utilizzando diverse combinazioni degli amminoacidi isoleucina, lisina, fenilalanina e cicloesilalanina.

Per la stampa vera e propria, il team ha utilizzato un nuovo ugello a tripla entrata. Il bioinchiostro peptidico va in un ingresso, una soluzione tampone va in un'altra, e le cellule vengono aggiunte attraverso un terzo. Ciò consente all'inchiostro peptidico di mescolarsi gradualmente con la soluzione tampone e quindi combinarsi con le cellule all'uscita dell'ugello. Una volta espulso l'inchiostro, si solidifica all'istante, catturando le cellule all'interno della sua struttura.

"È difficile trovare un biomateriale favorevole alle cellule che supporti la sopravvivenza cellulare a lungo termine e sia anche stampabile, ", afferma lo studente di dottorato Hepi Hari Susapto. "I nostri bioink realizzati con idrogel peptidici ultracorti autoassemblanti affrontano in modo efficiente questa sfida".

Il team è stato in grado di stampare cilindri alti fino a quattro centimetri, come nell'immagine sopra, e un naso umano, che tutti mantenevano bene le loro forme.

fibroblasti umani, cellule staminali mesenchimali del midollo osseo umano e neuroni del cervello di topo sono sopravvissuti e hanno proliferato bene all'interno della matrice di idrogel. Gli scienziati hanno ulteriormente indotto le cellule staminali mesenchimali del midollo osseo a differenziarsi all'interno di un'impalcatura stampata in tessuto elastico simile alla cartilagine entro un periodo di quattro settimane.

Il team sta ora lavorando per cambiare la chimica di superficie dei loro bioinchiostri in modo che assomiglino più da vicino all'ambiente cellulare nel corpo umano.

"Il nostro prossimo passo è bioprintare modelli di malattie 3D e organi in miniatura per lo screening e la diagnosi dei farmaci ad alto rendimento, " afferma Hauser. "Questi potrebbero aiutare a ridurre i tempi ei costi della ricerca di farmaci più efficaci e personalizzati".