IMAGE: Corpi embrionali artificiali con diverse caratteristiche che sono stati realizzati utilizzando la stampa 3D. visualizza altro
Credito: SUTD
Tutti gli esseri umani partono da una singola cellula che poi si divide per formare l’embrione. A seconda dei segnali inviati dalle loro cellule adiacenti, queste cellule divise si sviluppano o si differenziano in tessuti o organi specifici.
Nella medicina rigenerativa, il controllo di questa differenziazione in laboratorio è cruciale perché le cellule staminali potrebbero essere differenziate per permettere la crescita di organi in vitro e sostituire le cellule adulte danneggiate, in particolare quelle con capacità molto limitate di replicarsi, come il cervello o il cuore.
Un approccio comune che gli scienziati adottano quando differenziano le cellule staminali è quello di usare stimolatori chimici. Mentre questo metodo è molto efficiente per creare un singolo tipo di cellule, manca la capacità di riprodurre la complessità degli organismi viventi, dove diversi tipi di cellule coesistono e collaborano per formare un organo.
In alternativa, ispirato al processo naturale di sviluppo delle cellule, un altro metodo prevede l’impacchettamento delle cellule staminali in piccoli aggregati cellulari, o sfere chiamate corpi embrionali. Simile agli embrioni reali, l’interazione cellula-cellula nei corpi embrionali è il principale motore della differenziazione. Dalla produzione di questi corpi embrionali, si è scoperto che parametri come il numero di cellule, la dimensione e la sfericità del corpo embrionale influenzano i tipi di cellule prodotte.
Tuttavia, poiché gli scienziati non sono stati in grado di controllare questi parametri, hanno dovuto faticosamente produrre un gran numero di corpi embrionali e selezionare quelli specifici con caratteristiche adatte per essere studiati.
Per affrontare questa sfida, i ricercatori della Singapore University of Technology and Design (SUTD) si sono rivolti alla produzione additiva per controllare la differenziazione delle cellule staminali nei corpi embrionali. Il loro studio di ricerca è stato pubblicato su Bioprinting.
Adottando un approccio multidisciplinare combinando i domini di ricerca della produzione 3D e delle scienze della vita, lo studente di dottorato Rupambika Das e l’assistente professore Javier G. Fernandez hanno stampato in 3D diversi dispositivi fisici in microscala con geometrie finemente regolate. Hanno usato i dispositivi per dimostrare una precisione senza precedenti nella differenziazione diretta delle cellule staminali attraverso la formazione di corpi embrionali (vedi immagine). Nel loro studio, hanno regolato con successo i parametri per migliorare la produzione di cardiomiociti, cellule che si trovano nel cuore.
“Il campo della produzione additiva si sta evolvendo ad un ritmo senza pari. Stiamo vedendo livelli di precisione, velocità e costi che erano inconcepibili solo pochi anni fa. Ciò che abbiamo dimostrato è che la stampa 3D ha ora raggiunto il punto di precisione geometrica in cui è in grado di controllare il risultato della differenziazione delle cellule staminali. E così facendo, stiamo spingendo la medicina rigenerativa a progredire ulteriormente insieme al ritmo accelerato dell’industria manifatturiera additiva”, ha detto il ricercatore principale Assistant Professor Javier G. Fernandez della SUTD.
“L’uso della stampa 3D in biologia è stato fortemente concentrato sulla stampa di tessuti artificiali utilizzando cellule cariche di cellule, per costruire organi artificiali ‘pezzo per pezzo’. Ora, abbiamo dimostrato che la stampa 3D ha il potenziale per essere utilizzata in un approccio bio-ispirato in cui possiamo controllare le cellule a crescere in laboratorio proprio come crescono in vivo”, ha aggiunto il primo autore Rupambika Das, dottorando della SUTD.