I Ricercatori della Cornell University hanno escogitato un nuovo biomateriale che può essere utilizzato per creare una pelle artificiale in grado di imitare il comportamento dei tessuti umani naturali.
Grazie alla sua composizione unica, composta da collagene miscelato con un idrogel “zwitterionico“, si dice che il composito bioibrido del team sia morbido e biocompatibile, ma sufficientemente flessibile da resistere a continue distorsioni. Sebbene il progetto di ricerca e sviluppo degli scienziati sia ancora in corso, affermano che il loro bio-inchiostro potrebbe un giorno essere utilizzato come base per la stampa 3D di impalcature dalle cellule dei pazienti, che guariscono efficacemente le ferite del corpo
“In definitiva, vogliamo creare qualcosa per scopi di medicina rigenerativa, come un pezzo di impalcatura in grado di sopportare alcuni carichi iniziali fino a quando il tessuto non si rigenera completamente“, ha affermato Nikolaos Bouklas, uno degli autori co-responsabili dello studio. “Con questo materiale, potresti stampare in 3D un’impalcatura porosa con cellule che potrebbero eventualmente creare il tessuto reale attorno all’impalcatura”.
Combinando il naturale e il sintetico
Data la natura in continuo movimento del corpo umano, i nostri tessuti devono essere sufficientemente morbidi da piegarsi a comando, ma anche sufficientemente robusti da sopportare un carico costante. Quando queste cellule si consumano o si danneggiano, il team di Cornell afferma che idrogel e materiali sintetici potrebbero fungere da sostituti, ma nessuno dei due ha il giusto mix di qualità biologiche e meccaniche per farlo.
In particolare, gli scienziati suggeriscono che le plastiche sintetiche spesso non hanno la capacità di supportare e mantenere le cellule vive, insieme all’organizzazione microstrutturale che le rende funzionali. Quando si tratta di polimeri naturali come collagene, fibrina o acido ialuronico, i ricercatori sostengono che sono in grado di replicare la biocompatibilità dei tessuti viventi, ma tendono ad essere più fragili.
Per realizzare un bio-inchiostro con la flessibilità e la compatibilità cellulare necessarie per consentire la produzione di una pelle artificiale realistica, il team si è quindi rivolto all'”idrogel zwitterionico”. contiene gruppi molecolari con carica sia positiva che negativa, potrebbe consentirgli di resistere a più impatti mentre supporta la crescita cellulare.
“Questi gruppi di carica interagiscono con i gruppi caricati negativamente e positivamente nel collagene”, spiega uno degli altri co-autori principali dello studio, Lawrence Bonassar. “Questa interazione è ciò che consente ai materiali di dissipare energia e raggiungere elevati livelli di tenacità”.
Una base per una pelle artificiale più realistica?
È interessante notare che nel loro articolo i ricercatori affermano che la formulazione del loro composito bioibrido richiedeva solo una “semplice miscelazione”, poiché il loro collagene si autoassemblava in una rete fibrillare, che a sua volta si legava ionicamente all’idrogel circostante. Secondo Bouklas, questo ha prodotto “la stessa rete interconnessa di collagene vista nella cartilagine naturale, che altrimenti sarebbe estremamente difficile da produrre”.
Una volta creato il materiale, il team lo ha sottoposto a test di laboratorio, che hanno dimostrato che, rispetto a una matrice zwitterionica non trattata, l’aggiunta di collagene aveva aumentato il suo modulo elastico del 40%. È stato anche scoperto che l’integrazione del collagene con l’idrogel consente al materiale di assorbire undici volte più energia prima di rompersi, conferendogli proprietà simili a quelle dei tessuti come la cartilagine articolare.
Altrove, sul fronte della biocompatibilità, gli scienziati hanno scoperto che il loro polimero caricato con collagene è oltre 100 volte più capace di supportare la crescita cellulare e ha dimostrato una vitalità cellulare superiore al 90%. Andando avanti, i ricercatori affermano che intendono continuare a lavorare sul processo di biosintesi alla base del loro materiale e ora hanno iniziato a testarne la fattibilità per la stampa 3D dei tessuti.
HK inno.N ha collaborato con T&R Biofab per utilizzare la sua tecnologia di biostampa 3D per la fabbricazione della pelle umana. Immagine tramite T&R Biofab.
In passato, HK inno.N ha anche collaborato con T&R Biofab per la biostampa 3D della pelle umana. Immagine tramite T&R Biofab.
Il potenziale di produzione di tessuti del bioprinting
Sebbene i tessuti umani stampati in 3D rimangano generalmente nella fase di test di laboratorio, la tecnologia dietro di loro ha fatto passi da gigante solo negli ultimi due anni. Nel gennaio 2022, i ricercatori dell’Università di Birmingham e dell’Università di Huddersfield hanno rivelato di aver sviluppato un modo per trattare le ferite profonde con la pelle biostampata.
Allo stesso modo, alla fine dello scorso anno, il consorzio NOVOPLANM ha annunciato la creazione del “primo modello di pelle immunizzata stampata in 3D al mondo”. Sviluppato utilizzando la tecnologia del plasma freddo, il modello potrebbe essere utilizzato in futuro per curare disturbi come ustioni infette e innesti cutanei irritati.
Oltre alle applicazioni di guarigione delle ferite, la stampa 3D è stata utilizzata anche per consentire la creazione di tessuti per la ricerca e lo sviluppo di prodotti per la cura della pelle. HK inno.N e T&R Biofab, ad esempio, hanno collaborato con l’obiettivo di sviluppare tessuti biostampati in 3D per applicazioni di test sui farmaci, che potrebbero fungere da alternativa ai test sugli animali.
I risultati dei ricercatori sono dettagliati nel loro articolo intitolato “Sintesi semplice di compositi bioibridi morbidi, resistenti e citocompatibili”, di cui sono coautori Cameron Darkes-Burkey, Xiao Liu, Leigh Slyker, Jason Mulderrig, Wenyang Pan, Emmanuel P. Giannelis, Robert F. Shepherd, Lawrence J. Bonassar e Nikolaos Bouklas.