Passo dopo passo, Pankaj Karande ha fatto progressi costanti nella creazione di innesti di pelle che sono molto più vicini a ciò che il corpo umano stesso produce e più probabilità di essere integrati e accettati dal corpo di un paziente.
Nello sviluppo più recente discusso in un articolo su Tissue Engineering, Karande, professore associato di ingegneria chimica e biologica al Rensselaer Polytechnic Institute, e il team del suo laboratorio al Rensselaer, in collaborazione con la Yale School of Medicine, hanno sviluppato un modo per utilizzare la stampa 3D per incorporare vasi sanguigni nella pelle viva che producono. “Questo è stato un grande passo avanti”, ha detto Karande.
Skin Bioprinting
I vasi sanguigni sono fondamentali per la sopravvivenza della pelle bioprintata. Foto: Rensselaer Polytechnic Institute Nell’ultimo decennio, il bioprinting 3D ha effettivamente giocato un ruolo da protagonista nel progresso del campo dell’ingegneria della pelle. Karande ha pubblicato uno dei primi articoli nel campo mostrando che i ricercatori potrebbero fare un bio-inchiostro da due tipi di cellule umane viventi e utilizzare una stampante 3D per produrre una struttura simile alla pelle. La procedura tradizionale per fare la pelle era quella di prendere le cellule, mescolarle con il collagene, e spalmarle in strati sottili.
“Si potrebbe paragonare a spalmare la marmellata su un pezzo di pane a strati”, ha detto, aggiungendo che è molto difficile farlo manualmente, perché si sta lavorando con decine o centinaia di micron che devono essere vicini alle altre cellule per una normale interazione.
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La stampa 3D ha permesso il posizionamento e la disposizione precisa delle cellule in tre dimensioni su una scala molto piccola – questo materiale che può essere 10 volte più sottile di un capello umano. “Questo è stato il grande progresso che la stampa 3D ha permesso nell’ingegneria dei tessuti molli”, ha detto Karande.
Anche se questo è stato un “grande progresso”, qualche anno fa il team ha capito che per gli innesti per sopravvivere sui pazienti, i vasi sanguigni sono molto critici. A quel tempo si stava lavorando molto sulla combinazione di cellule endoteliali e altre cellule per cercare di formare vasi sanguigni, ma i metodi disponibili non funzionavano.
Incorporamento dei vasi sanguigni
Il team di Karande ha deciso di provare a mettere le cellule che aiutano a formare i vasi sanguigni in un ambiente dove “le cellule sono felici, in modo che si moltiplichino, crescano e inizino a formare il vaso sanguigno”: Quando viene messo su un osso, il vaso sanguigno si collega effettivamente con il vaso sanguigno dell’ospite? “In laboratorio, possiamo mantenere l’innesto vivo dandogli nutrienti, ma una volta che lo mettiamo sull’osso ha bisogno dei suoi nutrienti dall’ospite”, ha detto Karande.
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La pelle stampata dal team di Rensselaer è stata innestata su un tipo speciale di topo dal team di Yale. Presto la pelle ha cominciato a comunicare e a connettersi con i vasi del topo. “L’integrazione con la ferita, lo sviluppo del vaso sanguigno, le connessioni con i vasi dell’ospite, la maturazione del tessuto nella ferita è stato per noi un grande passo avanti”, ha detto, spiegando il processo in un breve video.
Karande ha detto che la più grande sfida è stata effettivamente ottimizzare il sistema nel suo complesso dopo aver ottimizzato i passaggi lungo la strada. Tutto era ugualmente importante: Dalla raccolta delle cellule dai pazienti all’isolamento delle stesse, facendo in modo che mantenessero le loro proprietà biologiche, e poi facendo crescere tutti questi componenti fino ad un buon numero di cellule e densità cellulare per creare nuovi componenti, poi mantenendo vivo l’innesto, assicurandosi che fosse sterile, suturandolo sulla ferita di un animale e anche di più.
“Ognuno di questi passaggi ha richiesto un sacco di prove. Quindi è stato un progresso incrementale ad ogni passo, ma quando si sommano tutti questi passi, si ha un grande progresso”, ha detto.
CRISPR per un migliore innesto cutaneo
Il prossimo grande passo sarà lavorare verso un innesto universale prefabbricato che non sarà rifiutato dal sistema immunitario di ogni paziente. Personalizzare un innesto per ogni individuo utilizzando le proprie cellule raccolte potrebbe richiedere settimane o anche più tempo che la maggior parte dei pazienti che hanno bisogno di un innesto non hanno.
Per creare un innesto universale, i ricercatori si stanno attrezzando per lavorare con CRISPR, una sofisticata tecnologia di editing genico. Spegneranno quei marcatori nelle cellule dell’innesto, che dicono al corpo che l’innesto è un oggetto estraneo che dovrebbe essere rifiutato.
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Inoltre, i test a lungo termine devono ancora avere luogo. La speranza è che a breve termine l’innesto faciliti la guarigione delle ferite e fornisca protezione fungendo da barriera naturale. Poi, con il tempo, le cellule del corpo prenderanno il sopravvento e ripopoleranno il sito con le proprie cellule. In genere, la pelle umana si rigenera ogni 30 giorni.
Dopo i primi passi riusciti nella creazione di innesti di pelle viva, i bioingegneri si stanno preparando a creare un innesto universale usando CRISPR. Foto: Rensselaer Polytechnic Institute Attualmente, gli interventi terapeutici per il trattamento di qualsiasi tipo di lesione della pelle, soprattutto quando sono colpiti piccoli pezzi di pelle – come le ulcere da pressione, i pazienti diabetici, o le vittime di armi da fuoco – implicano il prelievo di pelle da un’altra posizione del corpo e il suo innesto. Questo crea un’altra ferita che deve essere affrontata.
Ci sono alcuni prodotti clinici sul mercato che contengono alcuni fattori di crescita, ma sono essenzialmente ciò che Karande chiama “cerotti di lusso”, perché impediscono l’esposizione della ferita all’ambiente. Senza sangue e nutrienti nell’innesto, alla fine cadrà.
Per i pazienti ustionati, c’è ancora più lavoro da fare per occuparsi delle terminazioni nervose e vascolari perse.
“Come ingegneri che lavorano per ricreare la biologia, abbiamo sempre apprezzato e siamo stati consapevoli del fatto che la biologia è molto più complessa dei semplici sistemi che facciamo in laboratorio”, ha detto Karande. “Siamo stati piacevolmente sorpresi di scoprire che, una volta che cominciamo ad avvicinarci a quella complessità, la biologia prende il sopravvento e comincia ad avvicinarsi sempre di più a ciò che esiste in natura.”
Nancy S. Giges è una scrittrice di tecnologia con sede a New York.
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