Stampato il primo (piccolo) cuore 3D: e adesso?

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In un articolo pubblicato su Advanced Science, i ricercatori dell’Università di Tel Aviv, guidati dal professor T. Dvir, hanno stampato un piccolo cuore.

Questo risultato è stato raggiunto mettendo a punto una nuova tecnica per la creazione di tessuti 3D cardiaci, vascolarizzati e completamente immunocompatibili con il paziente e simili ai suoi tessuti di partenza, tali da evitare sia l’impiego di terapie anti-rigetto sia permettere la riparazione di lesioni altrimenti permanenti.

Perché è importante la ricerca?

La medicina rigenerativa è una delle branche più promettenti e studiate nell’attuale  panorama medico-ingegneristico in quanto si prefigge, tra gli altri, lo scopo di ripristinare la funzionalità totale o parziale di uno o più organi senza la necessità di ricorrere a trapianti, spesso non praticabili per mancanza di donatori.

La tecnica in esame costituisce un nuovo ed innovativo passo in avanti in questa branca, specificatamente pensata per le lesioni cardiache post-infartuali e, non ultimo, per essere eventualmente applicata alla futura creazione di organi funzionanti.

Tra i limiti delle vecchie metodiche vi sono:

  • spessori piccoli: rendono lo stampato non vascolarizzabile e poco maneggevole;
  • incompatibilità: i tessuti evocano il rigetto se trapiantati, in quanto non derivanti da cellule del soggetto;
  • scarsa efficienza: non è possibile creare parenchima e vasi tutto in una volta.

In cosa consiste la procedura?

Premesso che siamo davanti ad una sperimentazione in vitro, quindi ancora non applicabile all’uomo, il protocollo prevede:

  • Estrazione di tessuto adiposo omentale dal soggetto al quale verrà applicato il tessuto ingegnerizzato;
  • Creazione delle due miscele che andranno a formare i due “inchiostri” (bioink) da utilizzare per stampare il tessuto; ciascuna miscela è costituita da due componenti, una cellulare ed una amorfa (idrogel), ottenuta per processazione del tessuto extracellulare dell’adipe. A variare saranno le componenti cellulari, in quanto nella prima cartuccia sono incorporati cardiomiociti ottenuti per riprogrammazione (EMT-MET) di cellule adipose omentali, mentre nella seconda avremo cellule endoteliali, fibroblasti di supporto, una piccola quota di cardiomiociti e una certa quota di una particolare gelatina che verrà eliminata successivamente. Lo scopo è avere da una parte il materiale per formare il parenchima, dall’altro il sistema vascolare.
  • Progettazione della “toppa” (patch), ovvero del fazzoletto di tessuto da utilizzare per sostituire la zona lesa. È una fase critica, poiché da questo dipendono sia l’attecchimento che la sostenibilità a lungo termine. Vengono utilizzate raffinate scansioni tomografiche (CT) per determinare la grandezza, lo spessore, la forma, nonché la vascolarizzazione dell’area, oltre a modelli matematici atti a compensare l’impossibilità di valutare la perfusione con la tomografia. Cruciale è, infatti, che il tessuto sia ben irrorato ed ossigenato durate tutta la fase di creazione e maturazione.
  • Stampa, con macchinari dedicati, del patch di spessore particolarmente ampio rispetto ad altre metodiche (2mm) e con un’ottima vitalità cellulare. Dopo incubazione a 37°C, l’idrogel si struttura creando un’impalcatura alla quale aderiscono le cellule endoteliali, mentre la gelatina viene persa lasciando dietro di sé dei canali rivestiti, di diametro 300μm, ovvero quelli che saranno i futuri i vasi sanguigni;
  • Valutazione della funzionalità: il tessuto ha dimostrato la capacità di condurre correnti di calcio ed è riuscito a maturare “in vivo” dopo 7 giorni, come provato attraverso colorazioni per l’actina e la presenza di striature caratteristiche.

La creazione del cuore 3D

Forti di quanto ottenuto, i ricercatori si sono spinti oltre, andando a valutare la possibilità di creare strutture tridimensionali organo-simili: dopo prove che hanno valutato la sostenibilità della procedura su elementi tridimensionali semplici, si è passati alla creazione di un piccolo cuore (2 cm altezza e 1,4 cm diametro) totalmente da zero.

In questo caso il problema era trovare un medium di coltura che fosse facilmente isolabile una volta terminata la maturazione, senza avere perdita di cellule o difficoltà nell’estrazione: la soluzione è stata utilizzare un materiale costituito da microparticelle di alginato assieme a gomma di xantano, facilmente degradabile da processi enzimatici o chimici selettivi.

Il cuore, una volta stampato, ha dimostrato proprietà meccaniche simili a quelle dei cuori di ratto decellularizzati. Chiaramente non si tratta di un organo funzionante, ma solo della dimostrazione di come sia possibile costruire strutture complesse scegliendo il posizionamento delle cellule e, in una certa misura, determinandone il comportamento.

È davvero un passo in avanti?

Così com’è, la tecnica non ha la pretesa di divenire un gold standard nella ricerca: non verrà utilizzata per creare organi da trapiantare né sarà utile per lo studio di farmaci.

In generale non avrà un’applicazione clinica diretta.

Essa vuole costituire prima di tutto una proof-of-concept, cioè dimostrare come sia possibile costruire architetture complesse in maniera personalizzabile, non immunogene e finalmente ben vascolarizzabili, sufficientemente spesse e consistenti da poter effettivamente avere un risvolto terapeutico futuro.

Il passo in avanti c’è ed è molto concreto, perché su questa base si potrà lavorare per trovare altre metodiche che permettano di inserire terminazioni nervose, distribuire con maggior precisione cellule e matrice, creare sistemi di conduzione e, più in generale, arrivare a risolvere tutte quelle problematiche che ci allontanano dall’avere, finalmente, organi da trapiantare completamente artificiali.

FONTI| Articolo originale su Advanced Science

Andrea Tagliolini
Sono studente di medicina al 6° anno presso l'Università degli studi di Perugia. Il mio mantra di vita è una frase di Richard Feynman, il noto fisico: "Il primo principio è che non devi ingannare te stesso e te sei la persona più facile da ingannare".