Vasi sanguigni artificiali stampati in 3D con il ghiaccio

La donazione di organi, in particolare di cuore, reni e fegato, è una necessità sempre attuale. Un numero crescente di scienziati si dedica alla ricerca di modi per creare organi artificiali utilizzabili, anche se negli ultimi anni i successi sono stati scarsi. Tuttavia, ora potrebbe esserci una soluzione. I ricercatori della Carnegie Mellon University hanno trovato un modo per colmare il divario tra gli organi disponibili e la domanda di trapianti. Utilizzando la stampa 3D del ghiaccio, hanno scoperto che è possibile creare strutture che assomigliano ai vasi sanguigni, imitando la loro configurazione naturale e consentendo loro di funzionare correttamente nel corpo.

La notizia arriva in un momento fortunato. Secondo la Division of Transplantation (DoT), l’ente federale responsabile della supervisione dei sistemi di trapianto di organi e cellule staminali del sangue negli Stati Uniti, nel 2024 ci saranno 103.223 uomini, donne e bambini in lista d’attesa per un trapianto. Inoltre, il numero è in costante crescita: ogni 8 minuti si aggiunge una nuova persona.

Molti di coloro che sono in lista per un trapianto d’organo attendono da tempo, soprattutto per gli organi per i quali la richiesta è elevata, come i reni (crediti immagine: HRSA).

Non solo, ma si stima che ogni giorno muoiano circa 17 persone in attesa di un trapianto di organi, oltre 6.000 all’anno. Per questo motivo si è dedicato molto tempo e ricerca non solo per aumentare il numero di donatori di organi (circa 170 milioni di persone negli Stati Uniti a partire dal 2022, anche se va notato che non tutti coloro che si registrano come donatori possono effettivamente donare), ma anche per trovare modi alternativi per ottenere organi vitali. È qui che si è riposta molta speranza in metodi come la stampa 3D e il 3D Bioprinting.

In effetti, sebbene si sia lavorato molto su tecniche come il bioprinting, ci sono stati ostacoli costanti nella creazione di organi coltivati in laboratorio. Il più importante è che è una sfida enorme creare reti di vasi sanguigni in organi artificiali che funzionino come quelli naturali. In genere, i progetti tradizionali di vasi sanguigni artificiali non sono in grado di imitare quelli naturali e quindi non sono in grado di funzionare correttamente. Ora la stampa 3D del ghiaccio potrebbe essere la risposta.

La stampa 3D del ghiaccio utilizzata per creare vasi sanguigni artificiali

La stampa 3D del ghiaccio è stata originariamente sviluppata dai ricercatori della Carnegie Mellon nel 2022. Il processo prevede generalmente l’aggiunta di un flusso d’acqua a una superficie molto fredda. L’acqua in questione è “acqua pesante”, ovvero gli atomi di idrogeno dell’acqua sono sostituiti da deuterio, il che conferisce all’acqua un punto di congelamento più elevato e contribuisce a creare una struttura liscia. Come ci si potrebbe aspettare, il pezzo è stato realizzato congelando l’acqua strato per strato.

Feimo Yang, uno studente laureato nei laboratori di Philip LeDuc e Burak Ozdoganlar della Carnegie Mellon University che sta conducendo questa ricerca, ha spiegato ulteriormente come la stampa 3D del ghiaccio differisca da altri processi: “Ciò che rende il nostro metodo diverso da altri tipi di stampa 3D è che invece di lasciare che l’acqua si congeli completamente mentre stiamo stampando, lasciamo che mantenga una fase liquida in cima. Questo processo continuo, che chiamiamo freeform, ci aiuta a ottenere una struttura molto liscia. Non abbiamo l’effetto di stratificazione tipico di molte stampe 3D“.

Crediti immagine: Feimo Yang

Una volta terminate le sagome di ghiaccio stampate in 3D, queste vengono incorporate in un materiale a base di gelatina, il GelMA. Questo viene esposto alla luce UV, facendo indurire la gelatina e sciogliendo il ghiaccio. Il risultato è costituito da canali realistici per i vasi sanguigni.

Il progetto ha avuto un discreto successo, in quanto i ricercatori sono riusciti a dimostrare di poter introdurre in questi vasi sanguigni fabbricati le cellule endoteliali, che rivestono tutti i vasi sanguigni e regolano gli scambi tra il flusso sanguigno e i tessuti circostanti. Le cellule sono sopravvissute sulla gelatina fino a due settimane e ora i ricercatori intendono coltivare le cellule per un periodo più lungo.

Oltre che per i trapianti di organi, questa ricerca potrebbe essere ideale anche per testare gli effetti dei farmaci sui vasi sanguigni. Si tratta certamente di un importante passo avanti nella creazione di reti di vasi sanguigni complessi e realistici per l’ingegneria dei tessuti, e forse di un importante passo avanti nella creazione di organi artificiali. Per saperne di più, consultare il comunicato stampa QUI.

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*Crediti Copertina: Carnegie Mellon University