Gli scienziati "stampano" il cuore 3D utilizzando il tessuto del paziente
Sebbene la stampa 3D abbia fatto passi da gigante negli ultimi anni, utilizzarla per stampare organi umani funzionanti è ancora un sogno lontano. Di recente, tuttavia, gli scienziati hanno portato questo sogno un passo avanti.
Credito immagine: Advanced Science 2019 The Authors
Le malattie cardiovascolari sono la principale causa di morte negli Stati Uniti.
Secondo i Centers for Disease Control and Prevention (CDC), 610.000 persone negli Stati Uniti muoiono di malattie cardiache ogni anno.
Una volta che è passato alle fasi finali, l'unica opzione di trattamento è un trapianto di cuore.
Poiché ci sono troppo pochi donatori di cuore, l'attesa per un trapianto salvavita è lunga.
Gli scienziati sono desiderosi di trovare modi per rattoppare il tessuto cardiaco esistente per rimuovere o posticipare la necessità di un trapianto.
Ad esempio, se i chirurghi potessero impiantare un materiale nel cuore, potrebbe formare un'impalcatura temporanea per supportare le cellule e stimolare la riorganizzazione cellulare.
Questa cosiddetta ingegneria dei tessuti cardiaci presenta una serie di problemi; in primo luogo, gli scienziati devono trovare un tipo di materiale che il corpo non rifiuterebbe. I ricercatori hanno già provato una serie di materiali e metodi, ma i candidati perfetti sono le cellule del corpo del paziente.
Bioink e cellule staminali
Negli ultimi anni, i ricercatori hanno compiuto alcuni progressi verso la replica artificiale del tessuto umano.
Un gruppo di scienziati dell'Università di Tel Aviv in Israele ha portato questo lavoro un ulteriore passo avanti e ha spostato l'ingegneria dei tessuti cardiaci alla fase successiva.
"Questa è la prima volta che qualcuno ovunque ha progettato e stampato con successo un intero cuore pieno di cellule, vasi sanguigni, ventricoli e camere".
Ricercatore capo Prof. Tal Dvir
Gli scienziati hanno progettato un approccio rivoluzionario che consente loro di creare la cosa più vicina a un cuore artificiale fino ad oggi.
Il loro primo passo è stato quello di eseguire una biopsia del tessuto adiposo del paziente; quindi, hanno separato il materiale cellulare dal materiale non cellulare.
I ricercatori hanno riprogrammato le cellule del tessuto adiposo per diventare cellule staminali pluripotenti, che possono svilupparsi nella gamma di tipi di cellule necessarie per far crescere un cuore.
Il materiale non cellulare è costituito da componenti strutturali, come glicoproteine e collagene; gli scienziati li hanno modificati per trasformarli in un "bioink".
Quindi, hanno mescolato questo bioink con le cellule staminali. Le cellule si sono differenziate in cellule cardiache o endoteliali (che rivestono i vasi sanguigni), che gli scienziati potrebbero utilizzare per creare patch cardiache, compresi i vasi sanguigni.
Descrivono i loro metodi in dettaglio in un recente articolo pubblicato sulla rivista Scienza avanzata.
"La dimensione del cuore di un coniglio"
“Questo cuore è costituito da cellule umane e materiali biologici specifici per il paziente. Nel nostro processo questi materiali fungono da bioink, sostanze costituite da zuccheri e proteine che possono essere utilizzate per la stampa 3D di modelli di tessuto complessi ", afferma il prof. Dvir.
Continua dicendo: “In passato le persone sono riuscite a stampare in 3D la struttura di un cuore, ma non con le cellule o con i vasi sanguigni. I nostri risultati dimostrano il potenziale del nostro approccio per l'ingegneria della sostituzione personalizzata di tessuti e organi in futuro ".
Per dimostrare il potenziale della loro tecnica, gli scienziati hanno creato un cuore piccolo ma anatomicamente preciso, completo di vasi sanguigni e cellule.
"In questa fase, il nostro cuore 3D è piccolo, delle dimensioni del cuore di un coniglio", afferma il prof. Dvir. "Ma cuori umani più grandi richiedono la stessa tecnologia."
Vale la pena notare che questa tecnologia è ancora molto lontana dall'essere in grado di sostituire i trapianti di cuore. Questo è solo un altro passo lungo il percorso, anche se piuttosto ampio.
Il compito successivo cruciale, come dice il Prof. Dvir, è insegnare loro a comportarsi come cuori; spiega che “devono sviluppare ulteriormente il cuore stampato. Le cellule devono formare una capacità di pompaggio; possono attualmente contrarre, ma abbiamo bisogno che lavorino insieme ".
"La nostra speranza", prosegue, "è che riusciremo a dimostrare l'efficacia e l'utilità del nostro metodo".
La strada da percorrere è ancora lunga, ma i ricercatori sono entusiasti di quanto siano arrivati.
"Forse, tra 10 anni, ci saranno stampatori di organi nei migliori ospedali del mondo e queste procedure saranno condotte regolarmente".
Prof. Tal Dvir
