Scienziati trovano la miscela ideale per la biostampare la cartilagine

La biostampa di tessuti umani è probabilmente la frontiera più affascinante della stampa 3D, anche se anche la più difficile da esplorare. I processo additivi sono simili a quelli per qualsiasi altro processo di stampa 3D ma i materiali con cui giocare e le strutture che devono essere assemblate sono molto più complesse. Una nuova combinazione di materiali sviluppata dai ricercatori dell’ETH Zurigo, dall’Centro di Ricerca AO di Davos in Svizzera e da Innovent in Germania, potrebbe rappresentare un passo avanti importante per una delle prime applicazioni possibili dei tessuti stampati: la cartilagine.

La cartilagine è il primo tessuto che gli scienziati ritengono di poter replicare in modo efficace per uso negli esseri umani. Questo perché è composta da un solo tipo di cellule e ha una struttura stratificata che si adatta bene a molti processi di biostampa; quindi non è complessa come organi e tessuti, come ad esempio la pelle.

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Ci sono diversi modi per assemblare la cartilagine bificiale; il più comune è sviluppando una “scaffold” (una specie di ponteggio stampato in 3D) in un materiale biocompatibile come possono essere gelatina, alginato, vetro e polimeri termoplastici come l’acido polilattico (sì, il PLA) e applicando un bioinchiostro composto di cellule cartilaginee. In altre parole, creando una combinazione di materiali che potrebbero avere le proprietà della cartilagine risultando, allo stesso tempo, sufficientemente forti e sufficientemente morbidi per fare da “imbottitura” per il corretto movimento delle articolazioni.

Gli esperimenti condotti finora da molti istituti in tutto il mondo, anche se promettenti, hanno prodotto bioinchiostri troppo morbidi che si indeboliscono nel tempo. Trovare il giusto equilibrio è reso più difficile dal fatto che il materiale deve anche essere stampabile in 3D, cioè deve estruso a temperature compatibili con la vita cellulare e, allo stesso tempo, deve solidificarsi (o gellificarsi) abbastanza velocemente da mantenere la forma progettata digitalmente delle le istruzioni presenti sul file CAD.

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Gli scienziati di ETH, AO e Innovent pensano di aver trovato la combinazione perfetta combinando il poli(N-isopropilacrilammide) – rappresentato dal simbolo pNIPAAM – e l’acido ialuronico (HA) per creare un inchiostro che è liquido a temperatura ambiente, ma si solidifica quando viene stampato su un substrato riscaldato a temperatura corporea (37 °). Per rendere le scaffold più resistenti, anche sotto compressione meccanica, un secondo polimero – metacrilato di acido ialuronico o condroitina solfato metacrilato (CSMA) – può essere aggiunto, in modo da combinarsi covalentemente nel gel HA-pNIPAAM per formare una rete.

Le sigle complesse rendono questo progetto ancora più difficile di quanto non lo sia in realtà. Quello che gli scienziati hanno fatto è semplicemente rivolgere la loro attenzione ai componenti naturali della cartilagine, come il solfato di condroitina e l’HA. Nella loro forma originale la pre-soluzione di questi materiali si gelificano in modo troppo liquido e lento per essere stampabile, ma con l’aggiunta di un polimero biocompabile termoreagente hanno scoperto di poter creare un bioink promettente.

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“Il mix HA-pNIPAAM apre tutta una serie di polimeri che possono ora essere stampati con una buona vitalità delle cellule e una buona risoluzione”, ha detto Zenobi-Wong del Politecnico federale di Zurigo. “LHA-pNIPAAM può sostanzialmente essere combinato con qualsiasi idrogel precursore reticolabile … [e] servire come base per molti altri bioinchiostri per le diverse applicazioni di ingegneria dei tessuti.”

Questo è solo un passo verso la biostampa del più semplice tessuto umano. La struttura degli organii è così incredibilmente complessa non può nemmeno cominciare a essere compresa d chi non è uno scienziato, proprio come chi non è un astrofisico non può nemmeno cominciare a concepire la grandezza e la complessità di una galassia.

La parte migliore, però, è che è tutto aperto. Ci sono così tante cose che dobbiamo scoprire prima di poter davvero stampare gli organi e ci sono milioni di possibili approcci, tutti ugualmente validi, e milioni di scoperte entusiasmanti da effettuare attraverso la sperimentazione.

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