Vasi sanguigni stampati in 3D, un passo avanti verso gli organi artificiali

La carenza di organi disponibili per il trapianto rimane un problema importante: la domanda supera di gran lunga l’offerta. In Italia ci sono più di 8.000 persone in lista d’attesa per un trapianto di organi e se guardiamo agli Stati Uniti, il numero sale alle 100.000 persone. Spesso passano diversi anni prima di poter ottenere il trapianto. Di fronte a questa carenza e ai rischi associati al rigetto del trapianto, la medicina rigenerativa sta esplorando soluzioni innovative. In particolare, gli scienziati si stanno impegnando per creare organi su misura, prodotti a partire dalle cellule del paziente stesso, per rispondere in modo più rapido ed efficiente alle esigenze.

I ricercatori della Stanford University hanno recentemente raggiunto un traguardo fondamentale. Hanno sviluppato una tecnica avanzata che consente di progettare e stampare in 3D vasi sanguigni con grande precisione e velocità. Questa svolta affronta una delle principali sfide nella creazione di organi personalizzati a partire dalle cellule di un paziente.

Vasi sanguigni complessi ricreati utilizzando la stampa 3D

Affinché un organo funzioni, il sangue deve circolare dalle grandi arterie ai vasi più piccoli, dove nutre le cellule. Le cellule devono essere molto vicine ai capillari per sopravvivere, a volte a meno di un capello di distanza, soprattutto in organi come il cuore. In un millimetro cubo di tessuto cardiaco possono esserci oltre 2.500 capillari, tutti collegati tra loro prima di lasciare l’organo. Poiché ogni organo ha una forma unica, creare una rete adeguata di vasi è complesso e lento. Finora, i ricercatori hanno spesso utilizzato modelli vascolari semplici e standard, efficaci per i tessuti di piccole dimensioni ma inadatti per organi più grandi e variegati.

Un team di Stanford ha sviluppato un metodo per creare le complesse reti 3D di vasi sanguigni presenti negli organi. Il loro sistema riproduce fedelmente la struttura naturale di questi vasi, a una velocità mai vista prima. Può anche trasformare questi modelli in istruzioni utilizzabili direttamente da una stampante 3D. Il team ha sviluppato un algoritmo in grado di creare reti di vasi sanguigni molto simili a quelle degli organi reali. Integrato nel software open source SimVascular, il sistema utilizza simulazioni per garantire un flusso sanguigno adeguato, impedisce ai vasi di incrociarsi e forma un circuito chiuso con un unico ingresso e una singola uscita, velocizzando notevolmente il processo di creazione.

“Ci sono volute circa cinque ore per generare un modello computerizzato di un albero per vascolarizzare un cuore umano. Siamo riusciti a raggiungere una densità tale per cui ogni cellula del modello si sarebbe trovata a circa 100-150 micron di distanza dal vaso sanguigno più vicino, il che è piuttosto buono”, spiega Zachary Sexton, ricercatore post-doc e co-autore dello studio. Il modello includeva circa un milione di vasi. “Questo compito non era mai stato svolto prima e probabilmente avrebbe richiesto mesi con gli algoritmi precedenti”. Sebbene le stampanti 3D non possano ancora produrre reti molto sottili, i ricercatori sono riusciti a stampare un modello con 500 rami. Hanno anche testato una versione più semplice utilizzando cellule renali umane. Utilizzando una stampante biologica, hanno fatto circolare un liquido nutriente attraverso 25 piccoli vasi, mantenendo in vita molte delle cellule vicine alla rete.

Verso vasi sanguigni funzionali

I ricercatori sottolineano che le strutture create non sono ancora veri e propri vasi sanguigni. Sono semplicemente canali stampati in 3D, privi delle cellule specifiche che normalmente compongono le pareti vascolari. “Questo è il primo passo verso la generazione di reti vascolari davvero complesse”, spiega Dominic Rütsche, altro ricercatore post-doc e co-autore dello studio.

“Possiamo stamparli con complessità mai viste prima, ma non sono ancora vasi completamente fisiologici. Ci stiamo lavorando.” Il team sta ora lavorando per rendere queste reti pienamente funzionali. Stanno anche cercando modi per stimolare la formazione naturale dei vasi più sottili, migliorando al contempo la velocità e la precisione delle biostampanti.

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*Crediti foto copertina: Stanford University