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Tessuti e Organi Artificiali

Bioprinting in situ per la guarigione di ferite a tutto spessore

Il trattamento rapido ed efficiente nella cura di ferite croniche ed acute è l’ intervento di maggior responsabilità per il chirurgo. “I pazienti che ricevono trattamenti in ritardo o sottoposti a trattamenti insufficienti, sono spesso soggetti a cicatrici estese che possono portare a difetti fisiologici a lungo termine come la deturpazione e la perdita del raggio di movimento” –  è quanto affermato dagli scienziati della Wake Forest Institure for Regenerative Medicine (WFIRM), impegnati nella proof – of – concept  di  un sistema originale di Bioprinting mobile per la pelle, coinvolto nel processo di guarigione tissutale attraverso la riparazione di diversi tipi di ferite.

Le lesioni cutanee a tutto spessore sono una delle principali fonti di mortalità e morbilità per i civili, con circa 500.000 ustioni civili curate negli Stati Uniti ogni anno. Per il personale militare, le ustioni rappresentano il 10-30% delle vittime di combattimenti nella guerra convenzionale.

Se da un lato, una possibile soluzione è evidenziata dagli innesti cutanei, dall’altro non bisogna sottovalutare gli eventuali rischi che comporterebbero, come il rigetto immunitario da parte dell’ospite (il ricevente) e la disponibilità di un donatore sano.

( A ) Componenti del bioprinter skin. ( B ) I componenti principali del sistema consistono in ugelli con diametro di 260 μm, pilotati da un massimo di 8 sistemi di erogazione indipendenti collegati a una testina di stampa con un sistema di movimento XYZ, oltre allo scanner 3D. (D ) Esempio di processo di bioprinting cutaneo, in cui i marcatori posizionati attorno all’area della ferita sono utilizzati come punti di riferimento (a) prima della scansione con uno scanner ZScanner ™ Z700 portatile. ( E ) La stratificazione dei fibroblasti (verde) e dei cheratinociti (rosso) è mostrata
Le matrici biologiche per la rigenerazione tissutale, sebbene rappresentino una valida alternativa agli innesti e un contributo nella restitutio ad integrum della pelle, ad ogni modo risultano costose.

Le ferite croniche, grandi o non cicatrizzanti sono particolarmente costose perché spesso richiedono trattamenti multipli; per esempio, il trattare una singola ulcera del piede diabetico può costare circa $ 50.000

A tal fine, la nuova sfida è stata colta dai ricercatori del WFIRM, nella recente pubblicazione sulla Rivista Nature in Scientific Reports, la realizzazione di un nuovo bioprinter specifico per il paziente e per la ferita, nonchè comprovato da esperimenti su modelli di topo e suini:

Il nostro dispositivo di bioprinting in situ con tecnologia di imaging integrata, per una rapida gestione in loco delle ferite a tutto spessore, stampa le cellule della pelle, fibroblasti dermici e cheratinociti epidermici derivati  da cellule autologhe, direttamente in una ferita,  replicando la struttura della pelle a strati e accelerando la formazione della normale struttura e funzione.

Il processo di “stampa”

Viene svolto con precisione dall’operatore che sposta il dispositivo portatile nel punto di cura, mentre le testine del Bioprinter, guidate dalla topografia della ferita dapprima scansionata con uno scanner, depositano materiali e tipi di cellule specifici in posizioni appropriate. Le informazioni geometriche vengono quindi immesse sotto forma di un file STL per orientare le immagini scansionate al sistema di coordinate standard. I dati ottenuti vengono utilizzati per generare il volume di riempimento e, i punti di percorso per la testina dell’ugello da percorrere, per stampare il volume di riempimento. Il codice di uscita viene quindi fornito all’interfaccia personalizzata di controllo del bioprinter al fine di ottenere il percorso dell’ugello necessario nella stampa del volume di riempimento. 

Prospettive future

Tra gli obiettivi dei prossimi studi, oltre la riduzione di colture cellulari e biopsie, si vorrebbe includere come altro “inchiostro” della stampante 3D (idrogel)  anche altri tipi di cellule della pelle: i melanociti, le cellule del tessuto adiposo (fat cells) e del follicolo pilifero. Infatti, quest’ultime, già consentono, secondo alcune fasi ancora di sperimentazione, di ottenere un risultato promettente per la rigenerazione tissutale funzionale ed autologa.


Fonti e approfondimenti:

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Informazioni autore

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Noemi Maria Giorgiano

È iscritta al quarto anno di Medicina e Chirurgia all'Università de La Sapienza (Latina) ed è impegnata nella organizzazione di Iniziative Culturali per tutti gli studenti. È appassionata verso la continua ricerca sperimentale applicata nel campo della Chirurgia e alla corretta divulgazione delle argomentazioni scientifiche.

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