Gli scienziati sono riusciti a ricreare artificialmente tutte le parti di un cuore umano. Superando la difficoltà di creare il collagene, uno dei principali componenti che tiene in piedi i tessuti.
Creare artificialmente tutte le parti del cuore umano, con un nuovo metodo di stampa 3D, e assemblarle. Ci è riuscito un gruppo di ricerca della Carnagie Mellon University, che per la prima volta, grazie alla bioingegneria, ha realizzato tutte le parti del cuore a partire dal collagene e dalle cellule umane. Dai capillari ai ventricoli, fino all’architettura finale dell’organo, che ha le dimensioni di quelle del cuore di un neonato, tutto a partire dal collagene. I risultati sono pubblicati su Science.
I ricercatori hanno messo a punto e utilizzato un nuovo metodo di stampa 3D del collagene per realizzare le parti che compongono il cuore. Il nuovo metodo si chiama Fresh (anzi, per la precisione Fresh v2.0 dopo la prima versione del 2015). Questa tecnica è in grado di produrre interi tessuti e creare architetture biologiche complesse a partire dal collagene.
L’importanza del collagene
Il collagene è un componente essenziale. Ogni organo del corpo umano – dunque anche il cuore – è costituito da cellule che sono tenute insieme da un’impalcatura biologica detta matrice extracellulare, il cui principale componente è il collagene. Questa matrice, essenziale per la sopravvivenza dei vari organi, fornisce il sostegno e i segnali biochimici per le cellule per poter svolgere le loro funzioni. Fino ad oggi, spiegano gli autori, non è stato possibile ricostruire in laboratorio questa struttura con i tradizionali metodi di bio-fabbricazione.
A rendere difficile la stampa 3D del collagene, come spiega Andrew Hudson, co-primo autore dello studio, è che inizialmente, nel primo stadio, ha la struttura di un fluido. Per questo è complicato riprodurlo sulla piattaforma di costruzione, dove crea una sorta di pozzanghera e non riesce a solidificarsi – la stampa 3D, infatti, avviene per deposizione successiva di strati a partire da un modello digitale in tre dimensioni.
Un nuovo metodo
Ma gli autori sono riusciti a trovare un metodo per far sì che venga creato senza deformarsi. L’idea è quella di depositare il collagene strato per strato immergendolo in un gel che ne consente la solidificazione e che poi si disperde e lascia soltanto la struttura di collagene. In particolare, i ricercatori hanno stampato parti del cuore che funzionano realmente, fra cui una valvola cardiaca o un piccolo ventricolo pulsante. “Utilizzando i dati di risonanza magnetica di un cuore umano”, afferma Adam Feinberg della Carnegie Mellon, che ha coordinato lo studio, “siamo riusciti a riprodurre le strutture anatomiche relative al singolo paziente e a stampare il collagene e cellule del cuore umano”.
E attraverso la stampa 3D sono riusciti infine a ottenere un cuore umano delle dimensioni di quello di un neonato. “Per dimostrare le capacità del metodo Fresh v2.0 sulla scala di dimensioni di un organo e le potenzialità di costruire ampie strutture”, si legge nel paper, “abbiamo stampato un cuore umano delle dimensioni di quello di un neonato dal collagene”.
Un metodo per stampare gli organi
Questa tecnica è “davvero entusiasmante”, secondo gli autori, perché consente alle impalcature di collagene di essere stampate con ampie dimensioni per riprodurre gli organi umani. E rende possibile stampare in 3D anche la fibrina, una proteina utilizzata nella coagulazione del sangue, e l’acido ialuronico.
Insomma, la tecnica Fresh ha applicazioni in molti aspetti della medicina rigenerativa, dalla riparazione delle ferite e dei tessuti lesi alla bioingegneria degli organi, anche se rappresenta solo una parte (uno dei settori di ricerca) che serve per la bio-fabbricazione degli organi, insieme alla ricerca sulle staminali, al machine learning e a software e hardware per stampare in 3D.
Viola Rita