Bio-stampa sotto pressione: modelli polmonari per studiare gli effetti di ambienti estremi

Quando piloti e astronauti vanno in volo, i loro corpi vengono spinti in ambienti molto più estremi di qualsiasi esperienza a terra. Per capire meglio come gli esseri umani rispondono in queste condizioni intense, i ricercatori della Texas A&M University, supportati dall’Ufficio di ricerca scientifica dell’Aeronautica militare degli Stati Uniti, si stanno rivolgendo alla biostampa 3D con cellule polmonari viventi. Il loro obiettivo è duplice: migliorare la sicurezza nell’aviazione e nel volo spaziale e accelerare lo studio e il trattamento delle malattie respiratorie.

In ambito aeronautico, possono verificarsi temperature elevate, pressioni di schiacciamento e livelli di ossigeno ridotti, tutti fattori che possono influire negativamente sul corpo. I rapidi spostamenti di altitudine o pressione, ad esempio, possono portare a pericolosi accumuli di liquidi nei polmoni, mentre le alte temperature possono scatenare ictus, danni ai tessuti o persino insufficienza d’organo. Le colture cellulari 2D tradizionali non riescono a dimostrare cosa accade in ambienti così complessi. I modelli cellulari 3D, tuttavia, offrono una rappresentazione più realistica di come le cellule umane si comportano sotto stress, aprendo la porta a test più accurati.

Ricreare condizioni estreme

Per modellare con precisione il modo in cui le cellule polmonari rispondono agli ambienti difficili, il team di Texas A&M aveva bisogno di parametri di bioprinting altamente controllati per garantire che le cellule rimanessero vitali. “Anche piccoli aggiustamenti nel processo di bioprinting possono influenzare notevolmente la vitalità e la proliferazione cellulare”, ha spiegato la professoressa Hongmin Qin del College of Arts and Sciences. “Mettendo a punto questi parametri, stiamo gettando le basi per future scoperte nell’ingegneria dei tessuti”.

I ricercatori hanno simulato condizioni estreme attraverso una serie di esperimenti mirati. Per uno studio, pubblicato su Biomimetics, il team ha variato la pressione di estrusione durante la stampa. Hanno scoperto che pressioni più elevate portavano a una maggiore morte cellulare. In un altro studio, pubblicato su Bioengineering, hanno esposto i campioni stampati in 3D a temperature diverse fino a 55 gradi Celsius. Hanno osservato che un calore più elevato aumentava lo stress ossidativo e riduceva la sopravvivenza cellulare. “I risultati della pressione e della temperatura evidenziano la necessità di tecniche precise per preservare la vitalità delle cellule polmonari in campioni biostampati in 3D e dimostrano come le cellule rispondono ai fattori di stress ambientali”, ha osservato Qin.

Il team ha inoltre sviluppato un bioink ottimizzato: una miscela collagene–alginato in rapporto 4:1 che ha mantenuto un’impressionante vitalità cellulare dell’85% per sei giorni, offrendo una base promettente per future ricerche.

Nuove frontiere per la ricerca medica

Oltre ad affrontare le priorità della difesa nazionale, questo progetto crea ampie opportunità per il settore medicale. Producendo colture di cellule polmonari realistiche stampate in 3D, il team ha creato una piattaforma per studiare le malattie respiratorie come la broncopneumopatia cronica ostruttiva e per accelerare gli sforzi di screening dei farmaci. Guardando al futuro, il gruppo prevede di utilizzare lo stesso approccio per produrre tessuti bioingegnerizzati su richiesta.

Questo lavoro è parallelo ai progressi fatti altrove. All’inizio del 2025, i ricercatori della McMaster University in Ontario hanno sviluppato una bioink che riproduce l’elasticità e l’estensibilità del tessuto polmonare, rendendola adatta alla modellazione di condizioni come la BPCO e la fibrosi polmonare, oltre che ai test di tossicità e di risposta ai farmaci. Sempre nel 2025, la Divisione Scienza e Tecnologia del Dipartimento per la Sicurezza Nazionale degli Stati Uniti, insieme al Wake Forest Institute for Regenerative Medicine, ha utilizzato il tessuto polmonare stampato in 3D per analizzare gli effetti dei fumi tossici  sulla salute umana. Insieme, questi progetti sottolineano che i modelli 3D biomimetici stanno diventando piattaforme pratiche per la diagnostica, la tossicologia e lo sviluppo terapeutico. Per saperne di più, leggi l’articolo di Texas A&M QUI.

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*Crediti Immagine di copertina: Deposit Photos