Spingere i confini della biofabbricazione

Con la medicina personalizzata e rigenerativa che continua a crescere di popolarità, la rapida evoluzione della tecnologia di biostampa 3D sta dando a medici e ricercatori gli strumenti per indirizzare meglio i trattamenti e migliorare i risultati dei pazienti.

La sede statunitense di EnvisionTEC, una delle poche aziende di stampanti 3D al mondo i cui prodotti vengono utilizzati per la produzione di parti per uso finale, è leader di mercato nello sviluppo di soluzioni di biostampa. Il bioplotter 3D dell'azienda è una biostampante leader mondiale utilizzata per la ricerca in oltre 300 pubblicazioni scientifiche e mediche sottoposte a peer-reviewed. MedicalExpo e-magazine ha incontrato Madalyne Ridella, Biomedical and Service Application Engineer di EnvisionTEC, per saperne di più

Può darci una rapida panoramica della biofabbricazione e della biostampa 3D? Quali sono le sfide mediche che questi processi aiutano a superare?

Madalyne Ridella: La biofabbricazione è la produzione automatizzata di prodotti biologici complessi come tessuti e organi per affrontare le sfide della salute in medicina. Utilizza i principi della produzione additiva - spesso definita stampa 3D - in un processo di "biostampa" che combina cellule viventi, matrici, molecole e biomateriali in un unico costrutto che può sostituire un tessuto malato o ferito.

La biostampa 3D è vantaggiosa perché è possibile creare impalcature complesse per aiutare in una varietà di applicazioni. Una delle principali sfide in campo medico è l'insufficienza di organi e non ci sono tanti donatori disponibili quanti sono i pazienti. La biostampa potrebbe aiutare a risolvere questo problema creando organi funzionalizzati e farmaci specifici per il paziente.

Può parlarci del biplotter 3D? Come funziona e quali sono le sue caratteristiche più innovative?

Madalyne Ridella: Il 3D-Bioplotter è una macchina di prototipazione rapida appositamente progettata per la fabbricazione di impalcature che utilizzano materiali biocompatibili per applicazioni biomediche. Si tratta di un sistema basato sull'estrusione, in cui un liquido viene erogato da una siringa, utilizzando la pressione dell'aria, mentre si sposta la siringa in tutte e tre le tre dimensioni. Il bioplotter 3D è unico nel suo genere perché può lavorare una grande varietà di materiali come termoplastici, paste ceramiche/metallo, idrogel e altro ancora. Un recente aggiornamento della testina di fotopolimerizzazione del 3D-Bioplotter consente ora fino a cinque lunghezze d'onda o combinazioni di lunghezze d'onda in una singola stampa, mentre una nuova testina a getto d'inchiostro a bassa temperatura eroga idrogel a bassa viscosità attraverso un processo senza contatto.

In che modo il biplotter 3D migliora la fornitura di servizi sanitari? Potete fornirci alcuni esempi di applicazioni nel mondo reale?

Madalyne Ridella: Il bioplotter 3D può essere utilizzato per una vasta gamma di applicazioni mediche, tra cui la rigenerazione ossea, la rigenerazione della cartilagine, la biofabbricazione dei tessuti molli, il rilascio controllato di farmaci, la stampa cellulare e la stampa di organi. Nel 2017, i ricercatori della Northwestern University in Illinois hanno utilizzato il 3D-Bioplotter per fabbricare ovaie artificiali di topo. Questi sono stati collocati in animali sterili, che sono stati in grado di riprodursi e hanno avuto le loro normali funzioni ormonali necessarie per l'allattamento al seno restaurato. Si spera che questo porterà un giorno alla biostampa delle ovaie umane.

EnvisionTEC sviluppa anche materiali per biostampanti 3D. Può dirci qualcosa su questi? C'è qualcosa di particolarmente innovativo?

Madalyne Ridella: La mancanza di materiali biologicamente attivi, chiamati anche "bioinchiostri", è una questione chiave che limita la capacità di produrre tessuti ingegnerizzati, interfacce tissutali e organi funzionali. Spingendo i confini dei bioinchiostri, EnvisionTEC ha sviluppato materiali per l'ingegneria dei tessuti molli e dell'osso/cartilagine. I nostri materiali per tessuti molli includono un silicone di grado medicale approvato per l'uso a breve termine nel corpo, una miscela di idrogel a base di gelatina per la stampa cellulare e un silicone bicomponente per la ricerca. I nostri materiali di osso / cartilagine comprendono l'idrossiapatite autofissante e il poliaprolattinico medico e di ricerca (PCL).

Come vedete l'evoluzione della biostampa 3D nel prossimo futuro? Avete altri prodotti o evoluzioni di prodotti di cui potete parlarci?

Madalyne Ridella: L'ospedale del prossimo futuro incorporerà tecnologie rivoluzionarie che trasformeranno l'assistenza sanitaria, fornendo soluzioni altamente automatizzate e personalizzate per i pazienti. Queste porteranno a una riduzione dei costi sanitari, a un migliore accesso ai migliori trattamenti e a risultati sanitari significativamente migliori. La biofabbricazione con biostampa 3D giocherà un ruolo chiave in questa evoluzione, producendo costrutti di tessuti sostitutivi specifici per il paziente che ripristineranno le funzioni biologiche e la salute in modo altamente efficiente e personalizzato.

Con l'evoluzione della biostampa, sarà possibile utilizzare le cellule del paziente per la stampa 3D di innesti cutanei e ossei, patch di organi e persino di organi sostitutivi completi. Si stanno adottando diversi approcci alla biostampa 3D: dalla fabbricazione di polimeri basati sull'estrusione con risoluzione a livello cellulare (come il bioplotter 3D) ai costrutti stampati con il laser 3D. La tecnologia all'avanguardia delle testine di stampa di EnvisionTEC può rendere la stampa di organi funzionali una realtà diversificando la gamma di biomateriali che i clienti possono utilizzare.