La bioprinter ibrida crea reti capillari più strette di 10 micrometri

Un progresso rivoluzionario nell'ingegneria biomedica è emerso con la creazione di una bioprinter ibrida in grado di produrre reti capillari più strette di 10 micrometri. Questa innovazione, realizzata attraverso uno sforzo collaborativo guidato da Yanliang Zhang, professore di materiali avanzati e produzione presso l'Università di Notre Dame, segna una pietra miliare fondamentale nella ricerca per sviluppare organi completamente funzionali in laboratorio.

Attualmente, oltre 100.000 persone negli Stati Uniti attendono un trapianto di organi, con nuovi candidati aggiunti alla lista d'attesa ogni dieci minuti. Nonostante i trapianti di successo, i destinatari affrontano sfide per tutta la vita, tra cui la necessità di farmaci immunosoppressivi che aumentano i rischi di infezione e la costante minaccia di rigetto degli organi.

I capillari, i vasi sanguigni più piccoli e più numerosi, svolgono un ruolo cruciale nel mantenere la vitalità dei tessuti ingegnerizzati. La loro capacità di fornire sostanze sostenute dalla vita a ogni cellula li rende indispensabili ma notoriamente difficili da replicare in laboratorio. I metodi di bioprinting tradizionali lottano per produrre capillari più piccoli di 10 micrometri, che sono significativamente più sottili di un filamento di capello umano. Questa limitazione ha ostacolato i progressi verso la creazione di organi complessi e pienamente funzionali. Zhang e il suo team hanno affrontato questa sfida sviluppando un approccio di bioprinting ibrido che combina due distinte tecniche di stampa 3D.

Il processo inizia con l'estrusione di un'impalcatura morbida simile a un gel progettata per imitare le proprietà meccaniche del tessuto nativo. Una volta che questa struttura di base è formata, vengono introdotti sottili filamenti di gelatina utilizzando la stampa a getto di aerosol (AJP). Questi filamenti servono da supporti temporanei che vengono successivamente rimossi, lasciando dietro di sé canali cavi che simulano la struttura interna dei capillari.

Manipolando il flusso di inchiostro e dei gas circostanti, i ricercatori possono regolare dinamicamente le dimensioni dei canali stampati, raggiungendo risoluzioni che vanno da centinaia di micrometri fino a pochi micrometri. Questo livello di controllo consente la produzione di strutture vascolari che assomigliano molto a quelle trovate nei sistemi biologici naturali. Per migliorare ulteriormente l'efficienza e l'accuratezza, il team ha incorporato un framework di apprendimento automatico nel processo di stampa. Questo sistema identifica e ottimizza automaticamente la combinazione ideale di parametri di stampa, come i tassi di flusso dell'inchiostro e le velocità dei gas della guaina, per ogni dimensione di canale target.

Questa integrazione riduce significativamente la fase di prova ed errore tipicamente associata alla bioprinting, consentendo risultati più rapidi e più coerenti. Le reti vascolari risultanti, composte da configurazioni unidimensionali, bidimensionali e tridimensionali, sono state rivestite con successo con cellule viventi, dimostrando il loro potenziale di integrazione in costruzioni di tessuti più grandi. Il successo di questo metodo rappresenta un importante passo avanti nel campo della medicina rigenerativa, avvicinando gli scienziati all'obiettivo di creare organi trasplantabili e vitali in laboratorio.

Con il proseguimento della ricerca, l'attenzione si spingerà probabilmente verso l'ampliamento della tecnologia e la sperimentazione della sua efficacia su modelli di tessuto più complessi.