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Il progresso scientifico ha fatto passi da gigante negli ultimi anni, e ciò vale anche per tutte le attività mediche e cliniche, come la creazione di organi e tessuti artificiali. Questa nuova frontiera, legata alla stampa 3D, è conosciuta come bioprinting e permette di effettuare importanti operazioni chirurgiche, capaci di aumentare la speranza di vita delle persone. Gli esperimenti sull'impianto di organi e protesi sono iniziati in diversi centri di ricerca e aziende sparsi in tutto il globo.
Per esempio, nell'Università di Cambridge un team di ricercatori guidato da Keith Martin e Barbara Lourde ha stampato in 3D i tessuti della retina da impiantare su topi adulti. Inoltre, sono stati realizzati micro-elementi perfetti, come le cellule gangliari, ovvero quelle che inviano le informazioni dall'occhio al cervello. Negli ultimi anni, si sono fatti alcuni esperimenti mirati alla stampa di organi più complessi, come i tessuti epatici. Tra le startup più promettenti a livello mondiale spicca Prellis Biologics, che è partita dai tessuti semplici ma fondamentali come i capillari, ma desidera arrivare alla stampa di un rene umano 3D. La strada è ancora lunga ma fortunatamente la ricerca cammina a passo veloce e negli anni i macchinari sono diventati sempre più sofisticati e intelligenti. I trapianti e le sostituzioni di organi e tessuti sono ormai vicini.
Stampa 3D di organi e tessuti umani: il ruolo di Prellis Biologics
Una delle zone più floride per quanto riguarda la ricerca nella stampa 3D di organi e tessuti è sicuramente l'America nel Nord. In questo pezzo di mondo, esistono diversi centri specializzati in questo tipo di attività. Uno di questi è il MBC Biolabs, un incubatore di startup del settore biotech situato nel quartiere Dogpatch a San Francisco. Tra le aziende finanziate spicca Prellis Biologics. La startup nasce nel 2016 per volere di due scienziati, Melanie Matheu e Noelle Mullin e per il momento si occupa principalmente di fabbricare capillari, ovvero vasi sanguigni di dimensioni minuscole che trasportano l'ossigeno nel corpo. Secondo il team leader, Matheau, senza i capillari è impossibile creare elementi più complessi, ecco perché è fondamentale partire da loro per poi investire su fegato, reni, polmoni o cuore.
Insomma, partire dalle basi, ovvero dalla realizzazione di piccolissimi capillari, sembra la soluzione migliore. Prellis Biologics ha da poco annunciato che attualmente è in grado di produrre capillari ad una velocità imparagonabile ad altri centri e aziende nel mondo.
Stampa di organi e tessuti 3D: come funziona
Ma come funziona la stampa 3D di tessuti organici? Normalmente, questo tipo di macchinari usano inchiostro ricavato da cellule staminali, che vengono tenute insieme da un materiale collante a base acquosa chiamato idrogel. Questi apparecchi sono impiegati nella ricerca farmacologica e scientifica, per capire meglio i meccanismi di funzionamento del corpo umano, ma anche per sostituire o rigenerare tessuti danneggiati, o addirittura per eseguire dei trapianti.
Prellis usa una tecnologia ancora più sofisticata che prende il nome di stampa olografica, in cui avviene una reazione chimica causata da una fonte luminosa ogni cinque millisecondi. Questa è la vera novità: i tessuti 3D sono prodotti in pochi secondi, invece che in ore. La velocità è importante perché permette di evitare la morte cellulare e quindi i tessuti in 3D rimangono vitali. Inoltre, Prellis ha sviluppato la capacità di realizzare delle stampe all'interno di tessuti, ciò permette di creare un'impalcatura interna capace di integrarsi col materiale organico circostante.
Questa tecnologia, per ora usate dall'azienda per creare capillari, potrebbe essere impiegata con successo per fabbricare organi, come reni e polmoni. Non è certo la prima società ad usare questo tipo di tecnologia, ma è tra le prime ad usare nel campo della biofabbricazione, e tutti i test condotti fino ad ora promettono molto bene. Ecco perché la comunità scientifica sta tenendo particolarmente d'occhio questa startup.
Attualmente, gli organi creati da Prellis non sono ancora stati impiantati, infatti prima di trapiantarli su un animale occorrerà sottoporti ad un bioreattore, cioè un apparecchio che simula le pressioni e i movimenti meccanici del corpo, che permettono ad un organo di funzionare correttamente. Tra i movimenti interni più importanti, con cui un organo o tessuto 3D deve integrarsi, c'è la vascolarizzazione ed è proprio su questa che Prellis si sta concentrando. Secondo Matheu, ci vorranno circa due anni e mezzo (e un investimento di 15 milioni di dollari) per poter creare organi impiantabili su animali. Una delle prima operazioni sarà il trapianto di rene 3D. L'obiettivo è quello di stampare un rene di dimensioni naturali che possa essere trapiantato nei ratti, solo dopo essersi assicurati del suo funzionamento si potrà poi utilizzare sugli umani.
Il trapianto del rene: il futuro della stampa 3D
Nell'ultimo anno, un gruppo di ricercatori dell'Università di Manchester ha sviluppato per la prima volta il tessuto funzionale di un rene umano a partire da cellule staminali. Gli scienziati hanno impiantato piccoli gruppi di capillari che filtravano prodotti di scarto dal sangue, all'interno di topi geneticamente modificati. Dopo 12 settimane, questi capillari si erano trasformati in nefroni, cioè elementi presenti nel rene umano. In definitiva, il progetto è quello di prelevare tessuti da un paziente e usare questi campioni come base per creare degli organi. Il rifiuto del tessuto quindi diventa la materia prima per stampare un rene. Questo progetto è portato avanti anche da Prellis, e altre aziende del settore. La collaborazione tra i team è mirata a creare organi funzionali che possano essere trapiantati e funzionare correttamente all'interno di una persona. Nel prossimo futuro la stampa degli organi 3D svolgerà un ruolo sempre più importante in campo medico.
10 maggio 2019
