Video: Gli scienziati fanno crescere un orecchio umano con un nuovo metodo di stampa 3D che striscia sulla pelle
“Complicazioni dopo l’intervento chirurgico” è un termine vago e spaventoso che si riferisce a condizioni secondarie, come l’infezione, che si sviluppano dopo l’intervento. Gli studi hanno dimostrato che queste complicazioni colpiscono più di 50 milioni di pazienti in tutto il mondo e hanno più probabilità di apparire in paesi ad alto reddito come gli Stati Uniti, dove gli interventi chirurgici sono più comuni.
Per gli interventi ricostruttivi e cosmetici, di cui ci sono stati 22 milioni combinati negli Stati Uniti nel 2018 secondo l’American Society of Plastic Surgeons, questo rischio è particolarmente palpabile dato che sono invasivi. Ma questo rischio potrebbe essere rivoluzionato da una nuova scoperta. Utilizzando nuove tecniche di bioprinting 3D, gli scienziati dei biomateriali e gli ingegneri dei tessuti di Cina, Stati Uniti e Belgio hanno scoperto come far crescere in modo non invasivo parti del corpo e organi sotto la pelle viva.
Il loro nuovo approccio al bioprinting 3D e permette la crescita non invasiva dei tessuti e la guarigione delle ferite. Funziona attraverso l’iniezione di cellule bioink, il materiale additivo tradizionalmente utilizzato nel bioprinting 3D, sotto la pelle e utilizzando la luce nel vicino infrarosso per penetrare il tessuto e trasferire disegni di costruzione personalizzabili – come un orecchio o una forma astratta – alle cellule appena iniettate.
L’orecchio ha iniziato a formarsi in soli 20 secondi.
In un nuovo studio pubblicato venerdì sulla rivista Science Advances, il team spiega come il loro approccio si distingue dal precedente lavoro fatto nel bioprinting 3D.
“Attualmente, le strategie di applicazione in vivo per prodotti di macroscala stampati in 3D sono limitate all’impianto chirurgico o alla stampa 3D in situ al trauma esposto, entrambi richiedono l’esposizione del sito di applicazione”, scrivono gli autori. ” non può essere ben soddisfatta dalle tecnologie di stampa 3D esistenti, motivandoci a sviluppare tecnologie di stampa 3D non invasive che possono fabbricare in modo non invasivo il bioink rivestito di tessuto in prodotti personalizzati, compresi i costrutti di tessuto vivente in situ.”
L’approccio non invasivo dei ricercatori funziona iniettando prima cellule bioink sotto la pelle dei topi nel sito di una ferita o di una futura ricostruzione. Questo bioink non ha una forma iniziale, ma contiene i mattoni biologici per essere modellato in qualsiasi numero di forme.
Dopo aver iniettato il bioink, i ricercatori espongono l’area alla luce del vicino infrarosso che è stata passata attraverso un chip digitale contenente istruzioni di costruzione personalizzate per il bioink. Mentre la luce passa attraverso questo chip, raccoglie le istruzioni e le trasporta in profondità sotto la pelle al bioink sottostante.
A differenza di altre forme di luce visibile, anche la luce UV, la luce nel vicino infrarosso è in grado di penetrare in profondità nel tessuto. Questo la rende un vettore perfetto per consegnare le istruzioni di costruzione al bioink.
Una volta che il bioink ha ricevuto le sue istruzioni, inizia a trasformarsi in modo sicuro sotto la pelle e ad assumere la nuova forma personalizzata. Nello studio, i ricercatori sono stati in grado di creare forme astratte come una croce e una struttura simile a una torta, nonché un’approssimazione di un orecchio umano.
Gli autori scrivono che l’orecchio ha cominciato a formarsi in soli 20 secondi sulla pelle del topo e ha mantenuto la sua forma per almeno un mese.
In un video che descrive il processo, gli autori dicono che il bioink residuo potrebbe essere rimosso dal sito per rivelare il nuovo tessuto completamente formato.
In futuro, gli autori dicono che un approccio come questo potrebbe essere utilizzato per la ricostruzione di tessuti personalizzati e diversi anche negli esseri umani. Sperano che un approccio non invasivo come questo consentirebbe ai chirurghi di evitare inutili e potenzialmente pericolosi interventi chirurgici ricostruttivi.
“Questo lavoro fornisce la prova del concetto per il bioprinting 3D non invasivo in vivo che aprirebbe una nuova strada per la stampa 3D medica e avanzerebbe la medicina minimamente invasiva o non invasiva”, scrivono gli autori.
Abstract: La tecnologia di stampa tridimensionale (3D) ha un grande potenziale nel progresso della medicina clinica. Attualmente, le strategie di applicazione in vivo per i prodotti di macroscala stampati in 3D sono limitate all’impianto chirurgico o alla stampa 3D in situ al trauma esposto, entrambi richiedono l’esposizione del sito di applicazione. Qui, mostriamo una tecnologia di stampa 3D basata sulla fotopolimerizzazione digitale nel vicino infrarosso (NIR) (DNP) che permette il bioprinting 3D non invasivo in vivo dei costrutti di tessuto. In questa tecnologia, il NIR è modulato in un modello personalizzato da un dispositivo micromirror digitale, e proiettato dinamicamente per indurre spazialmente la polimerizzazione delle soluzioni di monomero. Irradiando ex vivo con il NIR modellato, il bioink iniettato per via sottocutanea può essere stampato non invasivamente in costrutti di tessuto personalizzati in situ. Senza impianto chirurgico, sono stati ottenuti in vivo costrutti di tessuto personalizzati simili alle orecchie con condrificazione e un’impalcatura conformale riparabile con cellule del tessuto muscolare. Questo lavoro fornisce una prova del concetto di bioprinting 3D non invasivo in vivo.