BIOPRINTING 3D – UNA NUOVA ERA DI COLTURE CELLULARI

Progresso in 3D tecnologia delle colture cellulari ha creato la possibilità di sviluppo dell’ingegneria tissutale e di una maggiore progressione nella medicina rigenerativa. Inizialmente, negli anni Novanta, è stata sviluppata la cartilagine mediante l’ingegneria tissutale, seguita dallo sviluppo della stampa 3D nel 2013, l’orecchio è stato stampato utilizzando un idrogel per formare impalcature a forma di orecchio e cellule che formano la cartilagine. (1).

La tecnologia della biostampa 3D non è nuova ma è stata una delle innovazioni più intriganti. La prima descrizione della stampa 3D è stata fatta da Charles W. Hull; chiamò il suo metodo "sterolitografia" (2). La formazione di impalcature 3D per materiale biologico è stato il primo passo nello sviluppo, seguito dalla valutazione della tecnica che ha consentito la stampa di cellule vive strato per strato in speciali impalcature 3D. (3)

La stampa 3D la tecnologia dipende da vari elementi come la microestrusione, il getto d'inchiostro e la stampa laser assistita. La funzione delle stampanti a microestrusione è quella di controllare l'estrusione di piccole gocce di materiale, che viene depositato sul substrato. Ancora un altro fattore importante nel processo di stampa di organi o tessuti è la biostampa assistita da laser (LAB), un dispositivo costituito da un raggio laser pulsato, un sistema di focalizzazione, un nastro che fornisce il trasporto di materiale e un substrato per il materiale contenente cellule. I materiali utilizzati nella medicina rigenerativa e nella biostampa 3D sono basati su polimeri naturali o sintetici. (3).

Il successo bioprinting Il processo dipende dalla selezione delle cellule per la stampa di tessuti o organi. Le celle scelte devono essere sufficientemente robuste da sopravvivere al processo di stampa. Questa stampa 3D in evoluzione non solo risolverebbe il problema del trapianto di organi, ma darà anche la possibilità di utilizzarla come costrutto per la scoperta di farmaci e analisi chimiche, biologiche o tossicologiche. (4).

COLTURE CELLULARI 3D: OPPORTUNITÀ E OSTACOLI

La tecnica della coltura 3D si basa sull'idea di imitare, è stata ampiamente utilizzata e presenta molti vantaggi: garantisce un'architettura specifica del tessuto più accurata, più accurata per esperimenti di biologia di farmaci e cancro, (5) modelli in vitro più rappresentativi che presentano caratteristiche biochimiche e morfologiche specifico per gli stati in vivo, sviluppo di diversi tipi di sistemi di coltura cellulare 3D: sferoidi 3D cresciuti su matrice, cresciuti all'interno della matrice, cresciuti in sospensione o colture 3D senza impalcatura.(6)

Ma questa tecnica relativamente nuova e innovativa presenta alcune limitazioni, per citarne alcune: il distacco delle cellule è difficile, alcuni sistemi non riescono a imitare le caratteristiche biochimiche del tessuto in vivo, la riproducibilità tra lotti diversi è insoddisfacente, spesso contaminazione indesiderata da fattori di crescita o virus .

IL FUTURO DELLE COLTURE CELLULARI

La tecnologia cellulare ha ampliato le applicazioni: tecnologie di cellule animali per la terapia genica, tecnologia dei vaccini e produzione di proteine ​​ricombinanti, mentre le colture di cellule umane possono essere utilizzate per terapie personali, ingegneria dei tessuti, trapianto di organi. (7). Da quando sono state stabilite le linee cellulari HeLa, le linee cellulari tumorali immorali sono studiate intensamente come modello biologico per indagare sulla biologia del cancro e utilizzate per lo sviluppo di farmaci antitumorali o forme alternative di terapia.

Gli studi con linee cellulari tumorali offrono l'opportunità di comprendere la biologia del tumore e consentire uno screening ad alto rendimento. La medicina futura sarà in grado di utilizzare ampiamente le cellule staminali per la sostituzione dei tessuti danneggiati. (7) è anche possibile utilizzare le biostampanti cutanee come strumento per la ricostruzione chirurgica e come forma di terapia preferita per curare ferite e ustioni. (8)

BIBLIOGRAFIA:

  1. Ledford H. Le parti del corpo stampate prendono vita. Natura. 2015; 520: 273. doi:10.1038/520273a
  2. Mironov V, Boland T, Trusk T, Forgacs, Markwald RR. Stampa di organi: ingegneria dei tessuti 3D basata su jet assistita da computer. Tendenze nella biotecnologia. 2002; 21: 157–161. doi:10.1016/S0167‐7799(03)00033‐7
  3. SV, Atala A. Bioprinting 3D di tessuti e organi. Biotecnologie della natura. 2014; 32: 773–785
  4. Knowlton S, Onal S, Yu CH, Zhao JJ, Tasoglu S. Bioprinting per la ricerca sul cancro. Tendenze nella biotecnologia. 2015; 33: 504–513. doi:10.1016/j.tibtech.2015.06.007.
  5. Souza AG, Ferreira ICC, Marangoni K, Bastos VAF, Goulart VA. Progressi nella coltura cellulare: più di un secolo dopo la coltivazione delle cellule. Giornale di biotecnologia e biomateriali. 2016; 6: 1–4. doi:10.4172/2155‐952X.1000221
  6. Rimann M, Graf-Hausner U. Sistemi multicellulari sintetici 3D per lo sviluppo di farmaci. Opinione corrente in biotecnologia. 2012; 23: 803–809. doi:10.1016/j.copbio.2012.01.011
  7. Merten OW. Introduzione alla tecnologia delle colture cellulari animali: passato, presente e futuro. Citotecnologia. 2006; 50: 1–7. doi:10.1007/s10616‐006‐9009‐4
  8. Albanna M, Murphy S, Zhao W, El-Amin I, Tan J, Dice D, Kang HW, Jackson J, Atala A, Yoo J. Bioprinting in situ della pelle per la ricostruzione. Il giornale di urologia. 2012; 187; Supplemento E8. doi:10.1016/j.juro.2012.02.062