stampare organi 3d
Ilenia Zelin
Ilenia Zelin

Stampanti 3D per progettare gli organi: una rivoluzione per la scienza

Indice

Uso delle stampanti 3D per progettare gli organi (generalità)

Gli organi destinati ai trapianti non riescono attualmente a soddisfarne la richiesta ma una delle tecniche più innovative che si sta affacciando in campo medico potrebbe rappresentare un’ottima soluzione.

La tecnica in questione usa la stessa tecnologia della comune stampante 3D già molto apprezzata nell’industria anche se, in sostituzione a materie prime di natura plastica e polimerica vengono utilizzate cellule umane (da qui deriva anche la terminologia bioprinting).

Anche il principio che ne sta alla base è fondamentalmente lo stesso in quanto vengono sovrapposti degli strati molto sottili fino a quando non viene ricreato l’oggetto (od in questo caso l’organo) desiderato. Questa tipologia di stampante permette di raggiungere tale risultato grazie all’utilizzo di due testine che lavorano tra loro in combinazione: la prima dispone uno strato di cellule mentre la seconda aiuta, grazie all’impiego di un idrogel biocompatibile, a creare l’impalcatura vera e propria.

Tutto questo processo, apparentemente così laborioso, richiede un tempo variabile da qualche ora a qualche giorno di lavoro.

Gli organi che verranno realizzati con questa tecnologia non solo potranno essere trapiantati (scongiurando il problema del rigetto) ma potranno essere utilizzati anche per studi in laboratorio in modo di ottenere in vivo risultati più veritieri rispetto a quelli eseguiti su modelli animali talvolta molto diversi dall’organismo umano.

 

Prime applicazioni in campo medico e risultati osservati

La stampante 3D ha già trovato delle applicazioni in campo medico. Il suo utilizzo, per la prima volta, è correlato ad un intervento che si è svolto nell’Università di Utrecht. In questa occasione fu impiantata la scatola ossea ad un soggetto olandese di sesso femminile di ventidue anni. La paziente presentava un anomalo ispessimento del cranio che le andava a creare problemi in termini di compressione con conseguente danneggiamento delle normali attività cerebrali.  L’intervento fu molto lungo (circa 23 ore) e venne sostituita la scatola ossea con una protesi costruita in materiale plastico.

Con queste tipologie di stampante 3D è stato ricreato anche il primo orecchio bionico all’università di Princeton. Chi ha lavorato a questo progetto non solo ha pensato alla funzione ma anche ad il lato estetico. In questo caso le cellule utilizzate sono quelle di specie bovina in combinazione a della cartilagine.  A tutta questa struttura è stata applicata un’antenna molto piccola; in questo modo alla struttura risultava possibile captare il suono addirittura in modo superiore se paragonato all’orecchio umano.

Analogamente ai casi precedenti è stata ricreata anche una mandibola. Una paziente di 83 anni, infatti, è stata costretta a sottoporsi in modo urgente, a causa di una grande infezione a carico della zona mandibolare ad un intervento chirurgico. Di per sè un intervento di questo tipo avrebbe avuto una durata stimata attorno alle venti ore di lavoro (tempo impensabile perchè, data l’età del soggetto, quest’ultimo non sarebbe mai riuscito a sopportare l’anestesia per così tanto tempo). Questo tempo è stato notevolmente ridotto di cinque volte proprio grazie alla stampante 3D con cui si riuscì ad ottenere una protesi in grado di adattarsi perfettamente alla situazione (venne stratificato del titanio che poi venne tagliato con un raggio laser programmato da un computer). L’ossatura venne successivamente rivestita da bio-ceramica. Il risultato fu sorprendente in quanto la paziente, già dal giorno successivo, riuscì a mangiare del cibo dalla consistenza morbida ed a parlare. Con un intervento tradizionale si sarebbe ottenuto lo stesso risultato dopo circa un mese.

Altri studi in merito riguardano tutti coloro che sono stati coinvolti in ustioni. Quello che si voleva mettere appunto è un sistema in grado, in modo analogo a quanto farebbe uno scanner, di individuare la profondità e l’estensione della superficie lesionata determinando anche, di conseguenza, il numero di strati di cellule che devono essere stampati. Questo processo avviene direttamente in loco al fine di andare a riformare il tessuto che è stato danneggiato.

Uno studio, per ora condotto solamente sugli animali, in particolar modo sui roditori, ha dimostrato che con la stampante 3D è possibile andare a stampare due tipologie di cellule (gangliari e gliali) che fanno parte della retina. A seguito di questo, monitorando la situazione in vitro, ci si rese conto che queste nuove cellule sono in grado di rimanere sane e che la loro capacità sopravvivere è pari a quella delle cellule fisiologiche. Questa tecnica ha fornito ottimi risultati nell’ambito oculistico ma tuttavia non la si conosce ancora abbastanza per applicarla all’uomo. 

Difficoltà riscontrate

Nonostante sia una tecnica che prevede l’utilizzo di una macchina non è semplice arrivare ad un risultato. La cosa si complica notevolmente nel caso si voglia riprodurre un organo dalla struttura complessa, cava ed eterogenea. E’ il caso, ad esempio, degli organi interni che sono formati da diverse tipologie di cellule e che devono essere in grado di svolgere azioni molto complesse. Oltre a questo aspetto un altro limite è strettamente correlato alla perfusione. Per grarantire un buon funzionamento di queste strutture è necessario un corretto grado di irrorazione.

Strettamente legato a questo problema altre difficoltà sono legate alla creazione dei vasi sanguigni veri e propri.

Stampante 3D e farmaci: come migliorare l’assorbimento delle formulazioni farmaceutiche

La stampante 3D trova il suo utilizzo anche al di fuori della progettazione degli organi ma sempre in ambito medico. Potrebbe rappresentare, infatti, un sistema rivoluzionario nella preparazione dei farmaci. Con questo tipo di apparecchio è finalmente possibile andare a personalizzare una preparazione farmaceutica andandone a modificare caratteristiche importanti come la forma farmaceutica oppure la posologia.

Questo studio in particolare è stato utilizzato nella terapia anticonvulsivante. I pazienti che presentano un disturbo come l’epilessia hanno problemi legati alla terapia correlati alla difficoltà di deglutizione. Per questo motivo i ricercatori hanno preparato una nuova forma farmaceutica dalla matrice molto porosa che, al contatto con l’acqua, si scioglie immediatamente.

In uno studio svolto recentemente a Londra è stato messo in evidenza anche una variazione  in positivo dell’assorbimento delle compresse a base di paracetamolo che erano state stampate. Questa variazione generalmente è strettamente correlata alla forma farmaceutica in cui le varie preparazioni sono strutturate (in questo parametro gioca un ruolo molto importante anche il tempo di disaggregazione oppure come viene veicolato il principio attivo).

Per approfondire:

http://www.techrepublic.com/article/new-3d-bioprinter-to-reproduce-human-organs/

http://3dprinting.com/bio-printing/

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