Nuovi traguardi nella stampa 3D: ora è possibile anche all’interno del corpo

La stampa 3D è utilizzata per produrre parti del corpo come articolazioni, protesi ortopediche, ma anche parti di pelle e vasi sanguigni. Persino durante l’emergenza sanitaria contro il coronavirus si è dimostrata una tecnica valida e utile. Per la maggior parte, questi tessuti viengono realizzati in apparati esterni e successivamente impiantati nel corpo tramite un intervento chirurgico. La fase chirurgica può causare infezioni severe, un tempo di guarigione prolungato, limitando il numero di casi in cui l’ingegneria dei tessuti in generale può fornire vantaggi clinici. Per ovviare a questo problema, un gruppo di ricercatori ha sviluppato una tecnologia che consente di stampare i tessuti in 3D direttamente all’interno del corpo.

Si tratta di uno dei nuovi paradigmi dell’ingegneria dei tessuti, ovvero realizzare tessuti in situ, in cui i materiali vengono inseriti nel corpo attraverso piccole incisioni e il corpo stesso funge da bioreattore per la loro maturazione. Per il rilascio del materiale nel corpo, si possono usare strumenti laparoscopici oppure sfruttare la robotica chirurgica per consentire la stampa 3D a scrittura diretta dei costrutti artificiali in un modo preciso e strutturato. Ed è proprio su questo ultimo concetto su cui si basa il lavoro del team di ricerca americano.

Una collaborazione tra Ali Khademhosseini, Ph.D., direttore e CEO dell’Istituto Terasaki; David J. Hoelzle, Ph.D., Dipartimento di ingegneria meccanica e aerospaziale della Ohio State University; e Amir Sheikhi, Ph.D., del Dipartimento di Ingegneria Chimica della Pennsylvania State University, che ha portato alla produzione di un bio-inchiostro appositamente formulato per la stampa in 3d direttamente nel corpo.

Come funziona?

Per la produzione di un tessuto ingegnerizzato sono necessari due componenti di base: un “bio-inchiostro”, ovvero un materiale composto da una miscela di cellule viventi, e fattori di crescita, fondamentali per permettere alle cellule di crescere e svilupparsi nel tessuto rigenerato. Se a questo poi si aggiunge il fatto che la stampa di questi tessuti debba avvenire direttamente nel corpo, ci sono altri fattori importanti che devono essere tenuti in considerazione. Innanzitutto, la costruzione del tessuto deve essere condotta alla temperatura corporea (37 °C) e inoltre, il tessuto deve riuscire ad attaccarsi in modo stabile ed efficace a tessuti molli, come quelli degli organi. La procedura applicata deve essere mininvasiva e non avere effetti nocivi sul paziente. Tuttavia, nei metodi attuali, l’applicazione dei raggi UV per la solidificazione del tessuto costruito rappresenta ancora uno step dannoso che deve essere superato.

Questo bio-inchiostro è stampabile in 3D a temperatura fisiologica e può essere reticolato in modo sicuro utilizzando la luce visibile all’interno del corpo

Per il rilascio di questa nuova formulazione di bio-inchiostro, i ricercatori sono ricorsi all’uso della stampa robotica 3D, che utilizza macchinari fissati con un ugello. Il bio-inchiostro può quindi essere erogato attraverso l’ugello in modo preciso e programmabile.

Il team ha anche lavorato su possibili metodi per riuscire ad attaccare parti del tessuto formati con questo bio-inchiostro su superfici morbide. Per questa parte del lavoro, i ricercatori hanno realizzato degli esperimenti in cui hanno attaccato strisce di pollo crudo e agarosio, facendo ricorso ad una tecnica esclusiva di interblocco, che permette meglio di ancorare il costrutto stampato ai tessuti molli. Tutto questo utilizzando la stampante robotica 3D e il loro bio-inchiostro appositamente formulato.  

I vantaggi di questa nuova tecnica? La riduzione dei tempi di ricovero e dei possibili rischi di infezioni.

Lo sviluppo di tessuti personalizzati in grado di riparare tessuti malati o danneggiati  è molto importante per il futuro della medicina