Biostampa 3D e organi umani

In Italia, nel 2021, un cittadino malato che ha necessità di un trapianto di cuore deve attendere quasi 4 anni prima di riuscire ad ottenere un trapianto. Cinque anni se l’organo di cui ha bisogno è il pancreas. “Soli” tre anni per un polmone, e 3 anni e mezzo per un rene. Sono quasi 10.000 i pazienti iscritti in lista di attesa e soggetti a queste tempistiche. Più di 120.000 negli Stati Uniti, nei quali possiamo anche verificare come le richieste di donazione siano cresciute a tassi più alti rispetto alle donazioni stesse.

E tutto questo nel moderno e ricco Occidente. E a questa grave problematica devono essere aggiunti i problemi legati al rigetto. Quello della carenza di organi per i trapianti è una delle sfide maggiori per la salute pubblica del XXI secolo, e la biostampa 3D rappresenta uno degli strumenti migliori per risolvere questo imponente problema.

Attualmente le tecnologie, i metodi e i processi non permettono la creazione di organi in biostampa 3D, ma i risultati intermedi sono promettenti, e l’unica necessità è quella di ricerca e menti applicate a questo versante. Permangono molte problematiche per la creazione di arterie, vene e capillari, relativi al loro stampaggio e al loro posizionamento all’interno dell’organo biostampato. Sicuramente ci vorranno ancora diversi anni, ma la strada è aperta a un futuro dove organi danneggiati verranno riparati o ricostruiti con le proprie cellule evitando così problemi di rigetto. Tu che stai leggendo potresti essere uno dei contributori in questa grande sfida della medicina contemporanea!

I cuori stampati in 3D

Il muscolo cardiaco è stato uno dei primi organi a essere soggetto di sperimentazioni con biostampa 3D. Il primo cuore umano stampato in 3D, sebbene in dimensioni ridotte rispetto a un cuore di adulto, è stato realizzato da ricercatori dell’Università di Tel Aviv. La ricerca è disponibile in questo articolo scientifico.

Nella ricerca israeliana il muscolo cardiaco è dotato di vasi sanguigni, ventricoli e camere. Le cellule sono state prelevate da un ipotetico paziente eseguendo una biopsia del tessuto grasso. Alcune delle cellule sono state riprogrammare e trasformate in cellule staminali pluripotenti mentre altre venivano trasformate in un idrogel che serviva da “inchiostro” per la stampa.

Un risultato simile è stato ottenuto da un gruppo di ricerca della Carnagie Mellon University, che però è partito dall’utilizzo del collagene come materiale di stampa.

Dai capillari ai ventricoli, fino all’architettura finale dell’organo, che ha le dimensioni di quelle del cuore di un neonato, tutto a partire dal collagene. La ricerca è disponibile su Nature.

Pancreas

Scienziati della Foundation for Research and Science Development in Polonia hanno stampato in 3D il primo pancreas bionico nel 2019. Come per le applicazioni per altri organi e tessuti, il primo passo è avere un organo per testare soluzioni farmacologiche. L’obiettivo a medio termine è avere un pancreas funzionale in particolare per la diffusa patologia del diabete.

Un pancreas sano produce succo per aiutare la digestione e produce glucagone e insulina. Le persone con diabete non possono produrre quegli ormoni e digerire correttamente lo zucchero. Attualmente, le soluzioni sono limitate, una persona diabetica deve avere sempre una pompa per insulina collegata al proprio corpo o farsi iniezioni regolari e misurare la glicemia ogni 2 ore. I trapianti di pancreas e le terapie insuliniche sono possibili ma comportano molti rischi come complicazioni post-chirurgiche, oltre all’annoso problema della carenza di organi.

Rene stampato in 3D

Nella precedente lezione è stata introdotta la biostampa 3D per la creazione di tubuli renali. A fine 2020 i ricercatori del Murdoch Children Research Institute di Melbourne hanno sviluppato un vero e proprio rene, in dimensioni ridotte come per i precedenti esempi.

La ricerca è stata descritta sulle pagine della rivista scientifica Nature Materials.

In collaborazione con l’azienda biotech Organovo, gli esperti del Murdoch Children Research Institute di Melbourne hanno stampato i mini reni usando una “pasta” di cellule staminali, pluripotenti alimentata in una biostampante 3D. che agisce come “bioinchiostro” per creare tessuto artificiale vivente. Gli organoidi ottenuti con questa tecnica hanno delle dimensioni che oscillano tra quelle di un chicco di riso e quelle di un’unghia. Riproducono appieno le caratteristiche dei reni di grandezza regolare, con centinaia di minuscoli tubi e vasi sanguigni che formano le strutture filtranti conosciute come nefroni.

I ricercatori australiani hanno utilizzato i piccoli organi creati tramite la stampa 3D per testare la tossicità degli aminoglicosidi, una classe di antibiotici comunemente dannosi per i reni. “Abbiamo osservato un’accresciuta mortalità di tipi particolari di cellule nei reni, trattate con aminoglicosidi”, spiega Melissa Little, la coordinatrice dello studio. Secondo l’esperta, i mini-reni umani potranno essere usati anche per screening farmacologico per testare a tossicità di altri farmaci. La speranza di Little è presto possano essere realizzati dei reni biostampati di dimensioni regolari da destinare ai pazienti in attesa di un trapianto.