STAMPA DI ORGANI IN 3D, DOVE STIAMO ANDANDO?

 

Sin dagli albori dell'era del trapianto la domanda di organi è cresciuta rapidamente generando lunghe e drammatiche liste d'attesa. Molti sono i fattori che causano questo aumento dei tempi d'attesa: dal numero insufficiente di donatori, ai parametri di assegnazione per gli organi sulla base di aree geografiche, dalla qualità degli organi disponibili all'aumento dell'età dei donatori.
Tuttavia, lo sviluppo di nuove tecnologie e la rapida crescita dell'ingegneria biomedica stanno contribuendo a sviluppare potenziali nuove opzioni che potrebbero fornire le soluzioni per soddisfare la crescente domanda di trapianto. Questo nuovo campo che investe sia l'ingegneria dell'organo, sia la medicina rigenerativa, presenta diverse importanti innovazioni tra cui il bioprinting tridimensionale.

Il bioprinting 3D può essere definito come l'uso di una tecnologia o di una particolare tecnica che ha lo scopo di posizionare precisi di strati di cellule e materiali biologici in maniera tridimensionale per assomigliare o replicare un tessuto funzionale o un organo. L'obiettivo di bioprinting 3D è dunque quello di riprodurre fedelmente il microambiente naturale di un tessuto o dell'intero organo, in modo che possa sostituire in tutto e per tutto l'originale.

La stampa 3D nasce nel 1980, quando Charles Hull inventa la stereolitografia, cioè un tipo di stampa in cui un laser viene utilizzato per solidificare un materiale plimerico estruso (spinto con forza) da un ago per formare una struttura 3D solida (Hull CW., Apparatus for production of three-dimensional objects by stereolithography. United States: U.S.P.a.T. Office; 1986). Nel decennio successivo gli scienziati biomedici hanno cominciato a comprenderne le potenziali applicazioni nelle scienze biologiche, quando un gruppo di ricercatori in medicina rigenerativa, guidato da Atala della Wake Forest Institute, è stato in grado di elaborare una stampante 3D capace di riprodurre una vescica umana con cellule uroteliali e muscolari autologhe (Atala A, et al., Tissue-engineered autologous bladders for patients needing cystoplasty. Lancet. 2006). è il primo esempio di come il 3D bioprinting ha iniziato a prendere forma in una applicazione traslazionale diretta. Allo stato attuale sono stati sviluppati diversi concetti di bioprinting 3D, tra cui la stampa Bioink 3D, il biomimetismo e l'auto-assemblaggio autonomo (Atala A., 3D bioprinting of tissues and organs. Nat Biotechnol. 2014). Il presente articolo si focalizza sulla stampa Bioink 3D, passando in rassegna le nuove applicazioni nel campo della medicina e affrontando le attuali sfide che dovranno essere superate per un utilizzo clinico di questa tecnologia.

Nel campo del trapianto, l'uso di bioprinting 3D promette infatti grandi opportunità per lo sviluppo di diverse strutture biologiche che vanno dalla stampa di piccoli vasi, alla potenziale creazione di organi funzionali impiantabili privi del rischio di rigetto perché generati dalle cellule del ricevente stesso. Pertanto, con lo sviluppo delle nuove tecnologie di imaging, la capacità di riprodurre un organo in formato digitale 3D con CT, MRI, o ultrasuoni, ha condotto all'idea di poter creare interi organi sintetici, con l'obiettivo iniziale di utilizzarli come supporto agli organi nativi ma che non esclude il fatto di farli diventare sostituti vitali.
È stato già fatto con i modelli epatici stampati in 3D con cui è stata riprodotta l'anatomia interna del fegato (vascolare e biliare) e valutati i volumi epatici per affrontare la necessità di una valutazione pre-operatoria ideale dei pazienti candidati alla donazione fegato da vivente a scopo di trapianto (Zein NN et al., Three-dimensional print of a liver for preoperative planning in living donor liver transplantation. Liver Transpl. 2013). L'idea di base è stata quella di trasferire le informazioni digitalizzate della TC e/o della risonanza magnetica alla stampante 3D e stampare un fegato identico a quello del donatore. Questi modelli hanno già fornito assistenza per una valutazione globale del fegato e hanno contribuito a ridurre al minimo le complicanze intraoperatorie.

Al centro di Ingegneria dell'Innovazione e Design della Yale School of Medicine hanno sviluppato modelli 3D in scala del ginocchio e di altre strutture articolari con l'obiettivo di aiutare i chirurghi ortopedici a una migliore pianificazione delle procedure chirurgiche complesse. Ma in altri istituti di tutto il mondo, si è andato anche oltre stampando tessuti funzionali e organi in 3D sulla base degli stessi principi dei modelli plastici.

Rimangono certamente molti problemi irrisolti per la maggior parte dei protocolli. Tuttavia, l'esempio di alcuni costrutti realizzati e impiantati (vescica e trachea) è molto incoraggiante. Quindi, mentre la replica ontogenetica completa rimane al momento un nobile obiettivo, questo non impedisce oggi di prendere in considerazione il tessuto biotecnologico per altre applicazioni, vale a dire, come terapia ponte in attesa di un trapianto di organi.

 

(fonte: Trapianti.net)

 

 

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