Biostampa alla velocità della luce
Lo sviluppo di farmaci è un processo laborioso e costoso: sviluppare un farmaco clinicamente applicabile richiede mediamente miliardi di euro e almeno 10 anni . Pertanto, è fondamentale migliorare il potere predittivo dello screening preclinico per eliminare il più precocemente possibile i candidati inefficaci, servendosi di modelli 3D in vitro che sintetizzino la portata della complessità e della funzione dell’organo nativo. Le tecnologie di biostampa stanno trasformando il modo in cui i ricercatori progettano modelli di tessuto umano per la medicina rigenerativa e la ricerca farmaceutica. Tuttavia, i metodi attuali presentano i loro limiti in quanto seguono un lento processo di stratificazione. Di conseguenza, realizzare tessuti più grandi di un centimetro cubo può richiedere ore, troppo tempo quindi affinché le cellule sensibili possano sopravvivere e funzionare correttamente.
Biostampa con la luce
Per risolvere i limiti delle tecniche di biostampa esistenti, il progetto ENLIGHT(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE, ha introdotto un nuovo approccio chiamato biostampa volumetrica. Ispirato alla tomografia medica, questo metodo utilizza schemi luminosi per dare a biomateriali contenenti cellule la forma di tessuti funzionali viventi. Ponendo il biomateriale su una piattaforma rotante e proiettando un diverso schema di luce a ogni angolo di rotazione, vengono prodotti tessuti viventi funzionali. La combinazione degli schemi da ogni angolazione garantisce che solo determinate regioni si solidifichino, dando vita a una progettazione 3D specifica. Poiché questo processo utilizza la luce visibile e non la pressione fisica, non danneggerà le cellule e favorirà alti tassi di sopravvivenza e funzionalità. «Possiamo stampare tessuti di dimensioni centimetriche in soli 10 secondi, utilizzando un processo basato sulla luce che è eccezionalmente delicato sulle cellule», spiega il coordinatore del progetto Riccardo Levato.
Un nuovo «mini-pancreas» per lo screening dei farmaci contro il diabete
Una delle applicazioni più promettenti del progetto è un modello biostampato di pancreas. Il team ha utilizzato un idrogel a base di gelatina, ricavato dal collagene, e ha incapsulato le isole pancreatiche generate da cellule staminali pluripotenti indotte derivate da pazienti. Queste isole sono ricche di cellule beta che secernono insulina, assenti o malfunzionanti nelle persone con diabete di tipo 1 (DT1). Il modello 3D è stato progettato con un’architettura porosa per imitare il flusso naturale dei vasi sanguigni. Posto in un bioreattore a perfusione, il modello consente ai ricercatori di simulare la circolazione sanguigna e di verificare la risposta delle isole a farmaci o composti tossici. È importante notare che poiché le cellule sono paziente-specifiche, il sistema può essere impiegato nell’ambito della medicina personalizzata. «Abbiamo esaminato diversi farmaci antidiabetici e molecole che potrebbero causare tossicità nel pancreas. L’obiettivo è quello di rendere i test farmacologici più efficienti ed efficaci, in quanto realizziamo un sistema affidabile e riproducibile basato su cellule umane», mette in evidenza Levato.
Ripercussioni e direzioni future
ENLIGHT ha dimostrato per la prima volta che la biostampa volumetrica è in grado di promuovere la funzione di tessuti complessi, quali le isole pancreatiche, per applicazioni di ricerca avanzate. La biostampante è stata lanciata sul mercato dal partner Readily3D(si apre in una nuova finestra), mentre un nuovo set di materiali derivati dalla gelatina per la stampa 3D e la coltura dei tessuti è stato commercializzato da Rousselot(si apre in una nuova finestra), anch’esso partner del progetto. Il team continuerà a perfezionare i propri modelli stampati e valuterà la loro applicabilità ai test di terapia genica, un’altra area in cui i modelli attuali risultano migliorabili. I ricercatori stanno inoltre valutando come la tecnologia possa supportare le terapie di trapianto cellulare per il DT1, utilizzando tessuti stampati su larga scala come sostituti delle isole pancreatiche compromesse. Con l’evoluzione della biostampa, la tecnologia di ENLIGHT potrebbe diventare un caposaldo per lo sviluppo di farmaci e la medicina rigenerativa. Potrebbe inoltre aiutare le aziende farmaceutiche a individuare prima farmaci sicuri ed efficaci, riducendo i costi e la necessità di sperimentazione sugli animali.
