Gli scienziati di Harvard realizzano un 3D

Harvard

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La tecnologia di stampa 3D sta già cambiando il modo in cui produciamo le cose. Aprendo un mondo di possibilità illimitate, ora disponiamo del più grande edificio stampato in 3D in Florida e persino di una replica stampata in 3D della Lamborghini Aventador SV.

In campo medico, negli ultimi due anni gli scienziati hanno creato parti stampate in 3D di strutture cardiache e persino modelli di cuore umano biostampati in 3D a grandezza naturale, che rappresentano un grande impulso nello sforzo di trovare nuovi trattamenti per le malattie cardiache, un importante causa di morte negli Stati Uniti

E ora, secondo un nuovo articolo pubblicato, i ricercatori della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) hanno sviluppato un nuovo inchiostro idrogel contenente fibre di gelatina e lo hanno utilizzato per stampare in 3D una camera cardiaca funzionale che imita il modo in cui un batte il cuore umano.

L’inchiostro gel infuso con fibre (FIG) consente alle cellule del muscolo cardiaco stampate in 3D di allinearsi e battere in coordinazione come una camera cardiaca umana. L'obiettivo immediato dei ricercatori è scoprire nuove terapie per le malattie cardiache, mentre il piano a lungo termine è fabbricare tessuti impiantabili.

Spiegando come la tecnologia di stampa 3D non sia stata ancora in grado di ottenere l’allineamento delle cellule cardiomiociti responsabili della contrazione del cuore, il primo autore dell’articolo, Suji Choi, ha detto: “Le persone hanno cercato di replicare le strutture degli organi e funzioni per testare la sicurezza e l’efficacia dei farmaci come un modo per prevedere cosa potrebbe accadere in ambito clinico”.

“L’inchiostro FIG è in grado di fluire attraverso l’ugello di stampa ma, una volta stampata la struttura, mantiene la sua forma 3D. Grazie a queste proprietà, ho scoperto che è possibile stampare una struttura simile a un ventricolo e altre forme 3D complesse senza utilizzare materiali di supporto o impalcature aggiuntivi”, ha aggiunto Choi.

Choi spiega che la parte più impegnativa del processo è stata mantenere il rapporto desiderato tra fibre e idrogel nell'inchiostro. Una volta ottenuto ciò, ha applicato la stimolazione elettrica a strutture stampate in 3D realizzate con inchiostro FIG, che ha innescato un’onda coordinata di contrazioni.

"È stato molto emozionante vedere la camera effettivamente pompare in modo simile a come pompano i ventricoli cardiaci reali", ha detto Choi.

Il team spera che l'inchiostro FIG venga utilizzato per costruire valvole cardiache miniaturizzate a doppia camera.

Lo studio è stato pubblicato su Nature Materials.

Estratto dello studio:

Gli idrogel sono materiali interessanti per l'ingegneria dei tessuti, ma gli sforzi fino ad oggi hanno mostrato una capacità limitata di produrre le caratteristiche microstrutturali necessarie per promuovere l'auto-organizzazione cellulare in modelli di organi tridimensionali (3D) gerarchici. Qui sviluppiamo un inchiostro idrogel contenente fibre di gelatina prefabbricate per stampare impalcature 3D a livello di organo che ricapitolano l’organizzazione intra e intercellulare del cuore. L’aggiunta di fibre di gelatina prefabbricate agli idrogel consente di personalizzare la reologia dell’inchiostro, consentendo una transizione sol-gel controllata per ottenere una stampa precisa di strutture 3D indipendenti senza materiali di supporto aggiuntivi. L'allineamento delle fibre indotto dal taglio durante l'estrusione dell'inchiostro fornisce segnali geometrici su microscala che promuovono l'auto-organizzazione dei cardiomiociti umani in coltura in tessuti muscolari anisotropi in vitro. Il modello in vitro del ventricolo stampato in 3D risultante mostrava proprietà elettrofisiologiche e contrattili anisotrope biomimetiche.