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La biostampa fa un salto avanti: creati capillari sotto i 10 micrometri
I ricercatori della University of Notre Dame hanno sviluppato un metodo per realizzare reti capillari stampate in 3D con canali grandi meno di 10 micrometri. La tecnica affronta uno dei principali ostacoli alla produzione di tessuti e organi artificiali: costruire una vascolarizzazione abbastanza fitta da portare ossigeno e nutrienti alle cellule. Negli Stati Uniti oltre 100.000 persone attendono un trapianto, mentre gli organi disponibili restano insufficienti.
I capillari sono i vasi sanguigni più piccoli dell'organismo e formano reti estremamente complesse, indispensabili anche per rimuovere i prodotti di scarto. Riprodurre questa architettura senza compromettere la stabilità del tessuto è difficile, soprattutto quando si passa da condotti relativamente grandi a capillari sotto i 10 micrometri. Le tecniche convenzionali tendono infatti a sacrificare la risoluzione oppure la possibilità di lavorare su strutture più estese.
Il gruppo ha combinato due processi complementari. Una stampa per estrusione deposita strato dopo strato una matrice morbida, simile a un gel, che riproduce il comportamento del tessuto. All'interno di questa impalcatura, la aerosol jet printing colloca sottili filamenti di gelatina destinati a diventare i futuri vasi.
La stampa aerosol utilizza un flusso di gas di rivestimento per focalizzare il materiale e controllare con precisione il diametro dei filamenti, da alcune centinaia fino a pochi micrometri. Terminata la lavorazione, la struttura viene immersa in acqua calda: la gelatina si liquefa e viene rimossa, lasciando canali vuoti nella matrice. Un sistema di machine learning regola autonomamente il flusso dell'inchiostro e quello del gas, individuando più rapidamente la combinazione necessaria per ottenere ogni dimensione.
Con questo procedimento sono state fabbricate reti vascolari gerarchiche in una, due e tre dimensioni. Alcuni canali sono stati poi popolati con cellule endoteliali, responsabili del sottile rivestimento interno dei vasi sanguigni. Le cellule hanno aderito alle pareti, si sono diffuse rapidamente e hanno formato uno strato continuo capace di riprodurre la funzione di barriera dei capillari umani senza perdite.
Le strutture potrebbero essere integrate in modelli organ-on-a-chip per valutare sicurezza ed efficacia dei farmaci, oltre che nella medicina rigenerativa. Utilizzando cellule provenienti dal singolo paziente, gli stessi modelli potrebbero inoltre sostenere la medicina personalizzata, permettendo di osservare la risposta a una terapia prima del trattamento su larga scala.
Il risultato non corrisponde ancora alla stampa di un cuore, un rene o un fegato funzionante. Il gruppo punta però a sviluppare una biostampante autonoma e intelligente capace di produrre tessuti completi. Nuovi finanziamenti dei National Institutes of Health sosterranno la realizzazione, insieme a collaboratori di Harvard, di una versione più potente del sistema ibrido. Lo studio è stato pubblicato su Nature Chemical Engineering.
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