Biostampa 3D: una nuova strategia per creare vasi sanguigni

Dalla ricerca scientifica italiana arriva una nuova strategia per evitare l’immunorigetto creando nuovi vasi sanguigni in organismi viventi grazie alla biostampa 3D. L’idea è stata sviluppata da un gruppo di ricerca interdisciplinare italiano che ha visto coinvolti ricercatori dell’Istituto di tecnologie biomediche del Cnr di Milano (Cnr.Itb) e della Fondazione istituto nazionale di genetica molecolare (Ingm). I risultati dello studio sono stati decritti nel dettaglio sulle pagine della rivista internazionale Biofabrication.

Che cos’è e come funziona la biostampa 3D

La stampa 3D, negli ultimi anni, ha fatto passi da gigante affermandosi nei settori più disparati. Tuttavia, la vera innovazione è avvenuta in medicina, in particolare nella medicina rigenerativa, grazie all’applicazione di tecniche di stampa cellulare, pertanto denominata biostampa 3D. Questa tecnologia sfrutta termoplastiche e idrogel per stampare veri e propri tessuti organici. Per gli organi più complessi, formati da moltissime cellule diverse tra loro, la strada è ancora lunga e intricata. Ma per strutture più semplici, come quelle cartilaginee, i risultati della biostampa 3D sono entusiasmanti.

Con la stampante 3D vengono costruiti degli scaffold, cioè delle impalcature progettate in CAD e stampate con materiali biocompatibili. Su queste strutture di sostegno, si va a depositare il bioinchiostro costituito da idrogel e da cellule dell’organo o cellule staminali che vengono istruite a trasformarsi nelle cellule desiderate. Successivamente, le cellule andranno a modificarsi in modo tale da rendere la struttura cellulare autosufficiente e stabile, mentre lo scaffold biocompatibile sottostante si degraderà.

Che cosa sono le vescicole extracellulari e come sono state utilizzate

L’altro aspetto interessante e pionieristico dello studio, oltre alla biostampa 3D per creare i vasi sanguigni, è l’utilizzo delle vescicole extracellulari (EV). Si tratta di vescicole microscopiche prodotte dalle cellule stesse che sono state recentemente riconosciute come agenti universali della comunicazione intercellulare e inter-organismica, sia nei processi cellulari normali sia in quelli patologici. “Per la prima volta sono state utilizzate le vescicole extracellulari – microbolle prodotte dalla membrana delle cellule endoteliali, che rivestono l’interno dei vasi e trasportano proteine e acidi nucleici in grado di diffondere istruzioni alle cellule circostanti – come bioadditivo per la generazione di bioinchiostro, cioè l’idrogel utilizzato nei processi di biostampa 3D, che può essere costituito da biomateriali sintetici, naturali o misti”, spiega Roberto Rizzi ricercatore del Cnr-Itb e Ingm e coordinatore dello studio. “I bioinchiostri in forma di idrogel composti da Gelatina Metacrilata, addizionati con vescicole extracellulari endoteliali, hanno garantito una rapida generazione di nuovi vasi sanguigni in modelli animali, sia immunodeficienti che non, impiantati con strutture 3D biostampate”.

“Lo sforzo maggiore in questo lavoro è stato fondere due tecnologie, entrambe emergenti nel campo scientifico: le vescicole extracellulari e la biostampa 3D, senza poterci basare su studi precedenti. Ma i risultati ci hanno pienamente ripagati”, ha affermato Claudia Bearzi dell’Istituto di biochimica e biologia cellulare del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Ibbc).

Un grande passo avanti per la medicina rigenerativa

“Per la prima volta abbiamo sfruttato il signaling molecolare, cioè la capacità di impartire istruzioni attraverso l’attivazione di molecole, per modulare il comportamento delle cellule precursori endoteliali, le staminali deputate a diventare endoteliali, dell’organismo ricevente, fino a creare nuovi vasi sanguigni che seguono la geometria delle fibre stampate. La rapida vascolarizzazione di un tessuto ischemico così ottenuta potrebbe esser vitale per pazienti che hanno subito un danno tissutale ma anche fondamentale per il trattamento di quelle patologie, come il diabete, che presentano marcate disfunzioni endoteliali”, aggiunge Rizzi.

Questo nuovo studio interdisciplinare aprirà la strada ad applicazioni avanzate in ambito della medicina rigenerativa. “Combinando competenze di biologia cellulare e molecolare con la chimica e l’ingegneria dei tessuti è stato possibile ottenere strutture vascolari altamente specializzate e funzionali mediante il meccanismo di richiamo, nel sito danneggiato, di cellule deputate a formare vasi sanguigni”, prosegue Rizzi. Questa nuova strategia garantirà un adeguato nutrimento ematico al tessuto trapiantato, garantendo così un attecchimento funzionale. “Lo studio si inserisce nelle biotecnologie applicate alla medicina con uno sviluppo traslazionale, in quanto l’applicazione di questa strategia consentirà un maggiore successo negli interventi di medicina rigenerativa e ricostruttiva”, conclude il ricercatore Cnr-Itb.