Primo cuore vascolarizzato stampato in 3D

Primo cuore in 3d

I ricercatori dell’Università di Tel Aviv hanno “stampato” il primo cuore vascolarizzato 3D al mondo, utilizzando le cellule e il materiale biologico dello stesso paziente. I risultati di questa eccezionale trovata sono stati pubblicati il 15 aprile scorso sull’ultimo numero di Advanced Science.

Ricordiamo che fino ad ora gli scienziati di medicina rigenerativa – un settore medico a metà tra la biologia e la tecnologia – sono riusciti a stampare solo tessuti semplici, senza vasi sanguigni.

“Questa è dunque la prima volta che qualcuno ha progettato e stampato con successo un intero cuore pieno di cellule, vasi sanguigni, ventricoli e camere” – ha affermato il professor Tal Dvir della TAU’s School of Molecular Cell Biology and Biotechnology, Department of Materials Science and Engineering, Center for Nanoscience and Nanotechnology e Sagol Center for Regenerative Biotechnology, che ha guidato la ricerca in esame.

Rammentiamo come le malattie cardiache siano la principale causa di morte sia tra gli uomini che tra le donne. Il trapianto di cuore è attualmente l’unico trattamento disponibile per i pazienti con insufficienza cardiaca allo stadio finale. Data la grave carenza di donatori di cuore, è urgente sviluppare nuovi approcci per rigenerare il cuore malato.

“Questo cuore è composto da cellule umane e materiali biologici specifici per il paziente. Nel nostro processo questi materiali servono come bioinchiostri, sostanze a base di zuccheri e proteine che possono essere utilizzate per la stampa 3D di modelli di tessuti complessi – ha poi aggiunto il professor Dvir – in passato le persone sono riuscite a stampare in 3D la struttura di un cuore, ma non con le cellule o con i vasi sanguigni. I nostri risultati dimostrano il potenziale del nostro approccio per la progettazione di sostituzioni personalizzate di tessuti e organi in futuro”.

La ricerca è stata condotta congiuntamente anche dal docente Assaf Shapira della Facoltà di Scienze della Vita della TAU e Nadav Moor, dottorando nel laboratorio del Prof. Dvir.

“In questa fase, il nostro cuore 3D è piccolo, delle dimensioni del cuore di un coniglio – spiega il Prof. Dvir – ma i cuori umani più grandi richiedono la stessa tecnologia”.

Evidenziamo come per la ricerca sia stata fatta una biopsia del tessuto adiposo dei pazienti. I materiali cellulari e a-cellulari del tessuto sono stati poi separati e mentre le cellule sono state riprogrammate per diventare cellule staminali pluripotenti, la matrice extracellulare (ECM), una rete tridimensionale di macromolecole extracellulari come il collagene e le glicoproteine, è stata trasformata in un idrogel personalizzato che fungeva da “inchiostro” di stampa.

Dopo essere state mescolate con l’idrogel, le cellule sono state efficacemente differenziate in cellule cardiache o endoteliali per creare patch cardiache con vasi sanguigni e, successivamente, un intero cuore.

Secondo il professor Dvir, l’uso di materiali “nativi” specifici per il paziente è fondamentale per il successo dell’ingegneria dei tessuti e degli organi. “La biocompatibilità dei materiali ingegnerizzati è fondamentale per eliminare il rischio di rigetto dell’impianto, che mette a rischio il successo di tali trattamenti – afferma ancora il professor Dvir – idealmente, il biomateriale dovrebbe possedere le stesse proprietà biochimiche, meccaniche e topografiche dei tessuti del paziente. Quindi possiamo riportare un semplice approccio ai tessuti cardiaci spessi, vascolarizzati e perfettibili, stampati in 3D, che corrispondono completamente alle proprietà immunologiche, cellulari, biochimiche e anatomiche del paziente”.
I ricercatori stanno ora progettando di replicare i cuori stampati in laboratorio e di “insegnare loro a comportarsi”, esattamente come i cuori “naturali”. Hanno poi pianificato una seconda fase più complessa, che è quella di trapiantare il cuore stampato in 3D in modelli animali.

“Dobbiamo sviluppare ulteriormente il cuore stampato – conclude poi il docente – Le cellule devono formare un’abilità di pompaggio; attualmente possono contrarsi, ma noi abbiamo bisogno che lavorino insieme. La nostra speranza è di riuscire a dimostrare l’efficacia e l’utilità del nostro metodo. Forse, tra dieci anni, ci saranno stampanti per organi nei migliori ospedali di tutto il mondo, e queste procedure saranno condotte di routine”.

Approfondimenti e bibliografia

Revisione scientifica a cura della Dr.ssa Roberta Gammella. Laureata in Medicina e Chirurgia presso l’Università degli Studi di Napoli Federico II. E’ registrata all’Ordine Medici-Chirurghi e Odontoiatri di Napoli e Provincia