Close-up Engeneering

Bioprinting 3D: riparazione lesioni del tessuto cerebrale

In futuro una tecnica rivoluzionaria, il bioprinting 3D a goccia, potrebbe fornire la possibilità di riparare lesioni cerebrali mediante la stampa di cellule del tessuto corticale.

Close-up Engineering

PUBBLICATO IL: 10 Ottobre 2023

Biomateriali / Ingegneria cellulare e tissutale

Recentemente, un team di ricercatori ha utilizzato delle cellule staminali neurali umane al fine di stampare in 3D il tessuto cerebrale. Gli scienziati si sono focalizzati sulla sfera funzionale che imita l’architettura della corteccia cerebrale, lo strato più esterno del cervello. La tecnica rivoluzionaria di bioprinting 3D ha il potenziale per fornire riparazioni individuali per paziente alle lesioni cerebrali.

cervello
Cervello umano – Credits: Tenor

Cellule del tessuto cerebrale

Il cervello presenta un’architettura delicata e complessa che può essere compromessa da: traumi, ictus, epilessia e/o interventi di chirurgia per la rimozione di masse tumorali. Con la compromissione possono apparire molteplici tipologie di difficoltà, tra cui di comunicazione, movimento e cognizione. Recenti studi hanno confermato che cellule staminali impiantate possono avere il potenziale per far ricrescere il tessuto cerebrale danneggiato. Purtroppo, fino ad ora, si è dimostrato difficile ricreare l’architettura del cervello utilizzando le cellule appena nominate.

Anatomia del cervello
Rappresentazione anatomica del cervello umano.

Nuovo studio addotta Bioprinting 3D

Un nuovo studio ha portato i ricercatori alla creazione di un tessuto cerebrale a 2 strati mediante la tecnica del bioprinting 3D. Il team ha utilizzato delle cellule staminali neurali umane che, quando impiantate in vivo nel tessuto cerebrale del topo, si sono integrate con esso sia strutturalmente che funzionalmente.

bioprinting 3d
Nuovo studio con tecnica bioprinting 3D – Credits: University of Oxford

Tecnica di bioprinting utilizzata

La tecnica di bioprinting 3D utilizzata durante la sperimentazione è quella a goccia; questa fornisce un mezzo per progettare tessuti 3D viventi con architetture desiderate consentendo la produzione di tessuti molli senza scaffolds. Questa tipologia di pratica avvicina alla creazione di trattamenti di impianto personalizzati per lesioni cerebrali.

Fasi nel processo di impianto – Credits: University of Oxford

Cosa sono le cellule staminali hiPSC e loro applicazione nello studio

Le cellule staminali umane pluripotenti indotte (hiPSC) presentano un grande potenziale per l’uso nelle terapie rigenerative dei tessuti. Sono cellule staminali artificiali derivate da cellule somatiche geneticamente riprogrammate, dando loro la capacità unica di differenziarsi in qualsiasi tipo di cellula del corpo. Nello studio attuale, i ricercatori hanno differenziato le hiPSC in 2 tipologie di cellule progenitrici neurali progettate per formare strati superiori e profondi della corteccia cerebrale. Si sono utilizzate queste cellule per la creazione di 2 bioink; essi sono stati stampati in tessuti stratificati utilizzando il bioprinting 3D a goccia. Le cellule stampate si sono lasciate maturare prima che i tessuti stratificati fossero impiantati nel tessuto cerebrale vivente del topo. Dopo l’impianto si sono monitorate la loro crescita e attività per una settimana.

Analisi raccolte dai tessuti impiantati e creati mediante bioprinting 3D

I tessuti impiantati hanno dimostrato una forte integrazione con le cellule cerebrali del topo, compresa la formazione di processi neurali e la migrazione dei neuroni attraverso il confine tra impianto e ospite. Le cellule impiantate hanno anche mostrato un’attività di segnalazione correlata alle cellule ospiti, indicando che le cellule comunicavano tra loro e presentano un’evidente integrazione funzionale e strutturale.

Costruzione di tessuto corticale cerebrale con strati profondi e superiori mediante la nuova tecnica di bioprinting 3D a goccia – Credits: University of Oxford

Conclusioni e prospettive future

Poiché la corteccia cerebrale umana presenta fino a 6 strati di cellule nervose, i ricercatori prevedono di perfezionare la tecnica di bioprinting 3D a goccia per creare tessuti più complessi e multi-strato che imitino più realisticamente l’architettura del cervello. Oltre al potenziale uso del tessuto stampato nella riparazione delle lesioni cerebrali, si prevede che tale tipologia di tecnica possa essere anche utilizzata nei test antidroga, negli studi sullo sviluppo del cervello e per migliorare la comprensione della cognizione. In conclusione, il progresso raggiunto segna un passo significativo verso la fabbricazione di materiali con la piena struttura e funzione dei tessuti cerebrali naturali. Quanto scoperto fornirà un’opportunità unica per esplorare il funzionamento della corteccia umana e, a lungo termine, offrirà speranza ai pazienti che hanno subito delle lesioni cerebrali.

AUTORE

Maddalena Ranzato

Sono una studentessa magistrale di Ingegneria Clinica presso l'Università degli Studi di Trieste. Nel 2021 mi sono laureata in ingegneria biomedica presso l'Università degli Studi di Padova. La mia passione per la scrittura nasce già alle superiori con lo studio delle materie umanistiche al liceo classico. Sono appassionata da tutto ciò che è legato al mondo della medicina e dell'ingegneria, soprattutto la rigenerazione dei tessuti e la creazione di organi artificiali. Attualmente lavoro nell'ambito dell'ingegneria clinica ospedaliera.

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