Orecchio intero e frammento di mandibola (Credit: Wake Forest Institute for Regenerative Medicine)
in foto: Orecchio intero e frammento di mandibola (Credit: Wake Forest Institute for Regenerative Medicine)

Utilizzando una sofisticata tecnica di stampa tridimensionale, gli scienziati esperti in medicina rigenerativa del Wake Forest Baptist Medical Center (WFIRM), in South Carolina, sono riusciti a dimostrare che è possibile stampare strutture biologiche in grado di sostituire tessuti danneggiati nei pazienti.

Applicazioni in campo medico della stampa 3D

La stampa 3D è già una importante risorsa in moltissimi campi e, verosimilmente, la sua importanza sarà destinata ad aumentare negli anni a venire. Uno dei potenziali campi di applicazione che già in parte si serve di questa tecnologia, in particolare per la realizzazione di protesi, è quello medico: la possibilità di stampare nuovi tessuti ed organi, però, costituisce un ulteriore passo avanti.

In un lavoro i cui dettagli sono stati illustrati da Nature Biotechnology, gli scienziati hanno spiegato come siano riusciti a stampare orecchie, ossa e strutture muscolari: quando sono state impiantate negli animali, le strutture sono riuscite a maturare in forma di tessuti funzionali, sviluppando così un sistema di vasi sanguigni. E, soprattutto, i primi risultati hanno indicato che le strutture possono raggiungere la taglia, la forza e le funzionalità adeguate per l'utilizzo sugli esseri umani.

Con un ulteriore sviluppo, questa tecnologia potrebbe potenzialmente essere utilizzata per stampare tessuti biologici e strutture di organi per impianti chirurgici. – Anthony Atala, WFIRM, principale autore dello studio

La tecnica ITOP per rivoluzionare la chirurgia

La precisione delle tecniche di stampa tridimensionali promette, in un futuro non troppo lontano, di venire incontro al problema delle lunghissime liste d'attesa per i trapianti e della carenza di donatori: riuscire a produrre in laboratorio tessuti ed organi sarebbe un'autentica rivoluzione per la medicina ma le stampanti moderne non sono in grado di realizzare strutture dalle dimensioni e dalla forza sufficienti per essere impiantate nel corpo umano.

Ma la tecnica ITOP (Integrated Tissue and Organ Printing System), sviluppata nell'arco degli ultimi dieci anni dagli scienziati, sembra essere in grado di affrontare queste sfide: il sistema deposita strati biodegradabili che danno la forma e un gel a base d'acqua che contiene le cellule che, poi, formeranno i tessuti; all'esterno si usa una struttura temporanea ma resistente. Il processo di stampa si è dimostrato capace di non alterare le cellule ma, anzi, i gel, così come il sistema di micro-canali dei materiali, forniscono il giusto ambiente per mantenere vive le cellule e supportare la crescita del tessuto.

Le strutture stampate

Per dimostrare la funzionalità di ITOP di generare strutture complesse, i ricercatori hanno impiantato sotto la pelle di un topo un orecchio esterno di taglia umana: due mesi dopo la forma era ben mantenuta, mentre i vasi sanguigni e il tessuto cartilagineo si erano formati.

Anche il muscolo stampato è stato impiantato nei ratti, confermando dopo due settimane di essere abbastanza robusto per mantenere le sue strutture caratteristiche, diventare vascolarizzato e indurre la formazione dei nervi.

Infine, anche alcuni frammenti di mandibola sono stati stampati utilizzando le cellule umane staminali: i frammenti avevano la taglia e la forma opportuni per la ricostruzione facciale negli esseri umani. Dopo cinque mesi, le strutture bio-stampate impiantate nei ratti, avevano dato vita ad  un tessuto osseo vascolarizzato.

Ulteriori studi dovranno determinare se questi buoni risultati si dimostreranno duraturi nel tempo.