Bio3DPrinting fa un grande passo avanti nell'ingegneria tissutale

Bio3DPrinting, nata dalla collaborazione tra industria e mondo accademico, è stata fondata nel 2021 per accelerare la commercializzazione della tecnologia Electrospider, un'idea emersa per la prima volta dalla ricerca intorno al 2010. Electrospider è una macchina di bioprinting 3D per creare strutture tissutali tridimensionali e funzionali. Le costruisce livello per livello a partire da un modello digitale, come la tradizionale stampa 3D.

"Invece di utilizzare i materiali tradizionali della stampa 3D, utilizziamo materiali biologici come cellule e biopolimeri, a volte chiamati bioinchiostri o inchiostri biomateriali", spiega Aurora De Acutis, presidente di Bio3DPrinting e ricercatrice presso l'Università di Pisa. "Al momento, queste strutture vengono utilizzate per lo sviluppo di farmaci, per testare nuovi farmaci e per trattamenti medici personalizzati".

La tecnologia del dispositivo Electrospider di Bio3DPrinting consente di realizzare modelli complessi di tessuto umano utilizzando un unico sistema. Questa innovazione rivoluzionaria combina più tecnologie di bioprinting in un unico flusso di lavoro coesivo, un importante passo avanti nella biofabbricazione, in particolare per la medicina rigenerativa, i test farmaceutici e l'ingegneria tissutale.

Le sfide della stampa 3D dei sistemi biologici

La riproduzione dei tessuti umani all'esterno del corpo (in vitro) richiede di partire da scaffold che imitano l'ambiente della matrice extracellulare all'interno del corpo. Questi scaffold forniscono un supporto fisico e chimico per le cellule, con una struttura tridimensionale che può essere popolata dalle cellule, consentendo l'adesione, la proliferazione e la maturazione cellulare.

I tessuti umani sono sistemi complessi e multimateriali organizzati in una struttura gerarchica che va dalla nanoscala alla microscala. Questa organizzazione precisa è essenziale per le funzioni meccaniche e biologiche di ciascun tessuto. "Replicare tutti questi aspetti è fondamentale quando si sviluppa uno scaffold in modo che sia il più funzionale possibile", spiega De Acutis. "In questo modo, una volta stampate insieme a tutti i biomateriali necessari, le cellule possono trovare un ambiente ospitale, favorevole alla loro adesione e proliferazione."

Uno scaffold non è solo un supporto fisico che mantiene le cellule in posizione. Si tratta di un ambiente accuratamente progettato che influenza attivamente il modo in cui le cellule crescono, si muovono, si moltiplicano e maturano. Come un ponte o una macchina devono essere progettati per gestire forze reali come peso, esposizione ambientale e usura, così lo scaffold biofabbricato deve essere progettato per fornire le giuste condizioni meccaniche, chimiche e biologiche per supportare la sopravvivenza, l'organizzazione e lo sviluppo cellulare nel tempo.

Una delle motivazioni principali alla base dello sviluppo di Electrospider era la necessità di una procedura di bioprinting 3D affidabile e ripetibile. De Acutis ricorda il processo frammentato precedente a Electrospider: "All'inizio lo scaffold si generava con una biostampante in grado di elaborare un biomateriale con una determinata risoluzione, quindi abbiamo cambiato [tecnologia] per aggiungere delle parti in un altro biomateriale o per utilizzare lo stesso materiale con un diverso tipo di risoluzione". 

Questo flusso di lavoro frammentato ha richiesto più transizioni tra le tecnologie e un intervento umano frequente, che spesso comprometteva la qualità della struttura finale, in particolare quando l'output era destinato all'uso nel corpo umano.

Le limitazioni di questo approccio hanno portato all’idea audace di progettare un solo dispositivo di bioprinting in grado di elaborare simultaneamente più biomateriali a diverse risoluzioni, con l'obiettivo di ottenere una reale biofabbricazione multiscala e multimateriale. La semplificazione del processo riduce al minimo gli errori e migliora significativamente la coerenza e la qualità.

"Per noi, il portfolio esteso di SOLIDWORKS ha svolto un ruolo cruciale in ogni aspetto", afferma De Acutis. Bio3DPrinting inoltre lavora all'integrazione dell'intelligenza artificiale per monitorare e controllare il processo di bioprinting in tempo reale. L'obiettivo è garantire che ogni fase venga gestita con precisione in modo che le strutture biofabbricate finali soddisfino i rigorosi standard richiesti per le applicazioni cliniche.

De Acutis conclude: "È fantastico pensare di poter salvare vite con una semplice stampa". Questo è il sogno che mantiene Bio3dPrinting in questo settore. L'azienda spera di vedere le biostampanti installate in molti ospedali e cliniche in futuro. La speranza finale è quella di poter stampare un giorno organi completi per salvare vite umane.