Inchiostri biologici innovativi per la stampa 3D di tessuti

Le biotinte vengono stampate strato su strato per formare un oggetto tridimensionale. © Fraunhofer IMWS / I bioinchiostri vengono stampati strato su strato per formare un oggetto tridimensionale. © Fraunhofer IMWS

Con l'aiuto di una stampante 3D bioprint, è possibile produrre tessuti 3D biologicamente funzionali in laboratorio. © Fraunhofer IMWS / Using a 3D bioprinter, biologically functional 3D tissues can be produced in the laboratory. © Fraunhofer IMWS

Il bioprinter è stato acquistato nell'ambito del progetto "Istituzione di un laboratorio per l'assicurazione della qualità nella produzione additiva - "Qualilab-3D" nell'ambito dello sviluppo strutturale 3D Openlab-Sachsen-Anhalt" con finanziamenti dal Fondo Europeo di Sviluppo Regionale (FESR).

Con la tecnologia di bio-stampa si mira a produrre tessuti biologici o biologicamente funzionali in laboratorio. Con una stampante 3D per bio-stampa, si stampa la biotinta strato dopo strato per creare un oggetto tridimensionale complesso. Tali strutture 3D a base biologica dovrebbero in futuro essere utilizzate, ad esempio, come sistemi di test in-vitro nella ricerca farmaceutica e anche nella medicina personalizzata per la produzione di componenti di vasi e organi su misura. Per rendere questa visione realtà, i ricercatori dell'Istituto Fraunhofer per la Microstruttura di Materiali e Sistemi IMWS sviluppano nuove biotinte, adatte a diversi scopi applicativi.

Le biotinte devono soddisfare una vasta gamma di requisiti: devono essere stampabili, meccanicamente stabili e biologicamente compatibili, non devono contenere componenti tossici e devono poter formare una rete di idrogel nella loro composizione, creando così una struttura di supporto per l'adesione cellulare, simile alla matrice naturale nel tessuto connettivo. A seconda dell'ambito di applicazione, vengono utilizzate diverse biotinte. Queste differiscono da un lato nel polimero utilizzato e dall'altro nel fatto che le cellule vengano stampate direttamente o successivamente inserite nella o sulla struttura 3D stampata. Le biotinte attualmente disponibili sul mercato si basano principalmente su collagene, gelatina e alginato, mentre altri biopolimeri sono in fase di sviluppo.

Qui intervengono i ricercatori dell'IMWS e attualmente studiano nuove biotinte a base di proteine, con particolare attenzione all'elastina. Oltre allo sviluppo delle biotinte stesse, vengono valutate le proprietà meccaniche, fisico-chimiche e biologiche degli oggetti stampati, e viene esaminata la compatibilità cellulare.

Tobias Hedtke, ricercatore presso l'IMWS, spiega così l'obiettivo del team di ricerca: «A lungo termine, vogliamo poter ricostruire parti funzionali di vasi e organi utilizzando biotinte ottimizzate. Per esempio, si potrebbero utilizzare dati tomografici computerizzati di pazienti per stampare strutture vascolari su misura e impiantarle nel paziente. Abbiamo concluso con successo il nostro primo progetto di ricerca su nuove biotinte e abbiamo depositato un brevetto per l'uso di biotinte a base di elastina. Sono in programma altri progetti di ricerca.»

Un altro campo di applicazione in cui la stampa 3D biologica può aprire nuove possibilità è la medicina personalizzata. In futuro, potrebbe essere possibile produrre componenti di vasi e organi su misura, così come protesi endovascolari per applicazioni cardiovascolari. Inoltre, si potrebbero sviluppare modelli di organi miniaturizzati, chiamati modelli organo-su-chip, che simulano l'interazione tra diversi organi. Tali modelli possono facilitare e accelerare significativamente lo sviluppo di farmaci e rappresentano, grazie alla loro alta riproducibilità e standardizzazione, anche un'alternativa molto sostenibile ai test sugli animali.

Attualmente, i ricercatori sono alla ricerca di partner industriali e clinici per promuovere lo sviluppo pratico delle biotinte, migliorandone le caratteristiche e l'applicabilità in base alle esigenze.