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 2020  gennaio 13 Lunedì calendario


Creare la vita con la stampa 3D

Dalla stampa 3D di oggetti in plastica alla bio-printing, la realizzazione di modelli tridimensionali di tessuti biologici. Lo studio, pubblicato sul Journal of Clinical Medicine, coordinato da Silvia Di Angelantonio e Alessandro Rosa, provenienti dal Dipartimento di Fisiologia e dal Dipartimento di Biologia dell’Università La Sapienza di Roma e ricercatori presso il Center for Life Nano Science dell’Istituto Italiano di Tecnologia, in collaborazione con il team del LaBioprinting IIT, ha permesso di generare un costrutto neuronale funzionale 3D, creato da una stampante biologica. Semplificando, il gruppo di ricerca, composto da otto persone, ingegneri, biologi, fisici ha bio-stampato dei modelli di neuroni del cervello umano.
Silvia di Angelantonio, cos’è il bio-printing?
«L’idea di creare delle strutture tridimensionali che siano delle rappresentazioni di un tessuto biologico, con una struttura geometrica predefinita proprio come gli oggetti creati dalla stampante 3D, con la differenza che al posto della plastica liquida, metallo o alimenti, nel bio-printing si usa materiale biologico».
Quello che viene chiamato inchiostro biologico. Da cosa è formato?
«C’è una struttura che si chiama chip microfluidico in cui si fanno scendere le cellule all’interno di un liquido gelificato, che formerà la matrice extracellulare, cioè quello che sta intorno alle cellule. Per aiutare l’immaginazione, è come se fossero dei tubini che colano dalla stampante 3D, una sorta di gel con dentro i corpi cellulari. Il bio-ink è un materiale compatibile con la vita delle cellule e le cellule stesse».
Rispetto ad un oggetto di plastica inanimato, il bio-ink consente di creare un materiale vivente?
«Esatto, i costrutti sono poi messi in un terreno di coltura da cui ricavano i nutrienti ed all’interno di un incubatore, in modo tale che le cellule possano crescere come un tessuto vivente. Sono dei mini-modelli di organi del corpo umano».
Ai fini della vostra ricerca, qual è il vantaggio della terza dimensione?
«Si aggiunge un grado maggiore di libertà di interazione alle cellule, rispetto alle due dimensioni, consentendo un movimento ed una comunicazione tra di loro in una situazione più simile a quello che avviene nel corpo umano».
Come avviene la modellazione in 3D?
«C’è un software molto simile a quello che potrebbe essere Autocad, che consente di disegnare il costrutto e fornire informazioni alla stampante in base alla geometria progettata».
Quanto è importante nel vostro studio l’innovazione tecnologica?
«Fondamentale e resa possibile dal lavoro congiunto con l’Istituto Italiano di Tecnologia. Il nostro laboratorio usa una stampante realizzata da due ingegneri, che stanno sviluppando tecniche di stampa per mischiare il bio-ink alle cellule. L’ingegnerizzazione ed il disegno del chip microfluidico, richiede un alto livello di tecnologia affinché le cellule non vengano stressate e l’inchiostro sia colato in maniera precisa e replicabile. E sul versante chimico consente di trovare il giusto equilibrio per creare un bio-ink adatto alle cellule da stampare in 3D senza che le cellule stesse vengano uccise».
Veniamo al vostro studio, la bio-stampa di neuroni umani, che tipo di applicazioni consente?
«Per prima cosa, la comprensione del funzionamento, quindi la fisiologia del sistema nervoso. Poi lo studio di determinate patologie, (Parkinson, epilessia, Alzheimer, autismo) perché si usano cellule iPSC, (cellule staminali pluripotenti indotte) derivate da qualsiasi cellula di un individuo e riprogrammate in cellule staminali, da cui virtualmente si possono rifare le cellule di ogni organo della persone. Nello studio che abbiamo pubblicato, ci siamo occupati di cellule del cervello, i neuroni, che non si possono prelevare da un paziente, ma che con il nostro costrutto 3D si possono studiare. Infine, il costrutto 3D essendo un sistema replicabile, si può usare come piattaforma per test di farmaci in modo molto etico, riducendo i test sugli animali da laboratorio».
Quindi è possibile replicare il funzionamento del cervello in laboratorio?
«L’obiettivo è quello, cioè ottenere un costrutto che sia più simile possibile alle reti neuronali del cervello umano. Quello che abbiamo oggi è la dimostrazione che siamo in grado di stampare dei costrutti 3D vitali e che potranno diventare sempre più maturi».
Questa è la condizione attuale e per il futuro cosa immagina?
«Potrebbero essere la base per la medicina personalizzata, cioè lo sviluppo di farmaci per il paziente e non per la malattia e per la modellizzazione delle malattie. Le faccio un esempio. Se il paziente ha una patologia cardiaca si potrà bio-stampare un modello del cuore in 3D, vederne l’evoluzione applicando lo screening di farmaci».
Il trapianto di un organo stampato è un’ipotesi con basi realistiche o è solo fantascienza?
«Come concetto è possibile, perché essendo cellule derivate dal paziente stesso, non dovrebbero provocare rigetto, quindi mettendo a punto una qualità di produzione delle cellule, si potrebbero ritrapiantare. Quindi direi che nel super futuro pensare ad un mini-organo da trapiantare è possibile. Ma non oggi».
Se facessimo un ulteriore salto in avanti negli anni, pensare di applicare un costrutto 3D ad un robot, avrebbe senso?
«È complicato pensare di applicarlo ad un essere robotico perché si avrebbe bisogno di una serie di condizioni difficili da replicare e controllare, quindi non li immagino come essere pensanti, ma come pezzi di ricambio per un essere umano, nell’ottica della medicina rigenerativa».
Cosa auspica per il futuro dei vostri studi?
«Mi piacerebbe che il progetto serva per identificare alcuni meccanismi di interazione tra le cellule del sistema nervoso centrale che non dipendano solo dalle vie di comunicazione classicamente studiate, per aiutarci a studiare un’ampia gamma di patologie che colpiscono il cervello».