La tecnica di bioprinting porta il tessuto vascolarizzato un passo più vicino / Bioprinting Technique Brings Vascularized Tissue One Step Closer
La tecnica di bioprinting porta il tessuto vascolarizzato un passo più vicino / Bioprinting Technique Brings Vascularized Tissue One Step Closer
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
I ricercatori della Carnegie Mellon University riferiscono di aver costruito un sistema microfisiologico, o modello di tessuto, unico nel suo genere, interamente in collagene utilizzando la loro tecnica di biostampa 3D Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels (FRESH). Affermano che questo progresso amplia le possibilità dei ricercatori di studiare malattie e costruire tessuti per la terapia, come il diabete di tipo 1.
Tradizionalmente, i piccoli modelli di tessuto umano che imitano la fisiologia umana, noti come microfluidica, organo su chip o sistemi microfisiologici, sono stati realizzati utilizzando materiali sintetici come gomma siliconica o plastica, perché era l'unico modo in cui i ricercatori potevano costruire questi dispositivi, hanno fatto notare gli scienziati, aggiungendo che poiché questi materiali non sono nativi del corpo, non possono ricreare completamente la normale biologia, limitandone l'uso e l'applicazione.
"Ora possiamo costruire sistemi microfluidici in capsula di Petri interamente a base di collagene, cellule ed altre proteine, con una risoluzione ed una fedeltà strutturali senza precedenti", ha spiegato Adam Feinberg, PhD, professore di ingegneria biomedica e scienza e ingegneria dei materiali alla Carnegie Mellon University. "Ancora più importante, questi modelli sono completamente biologici, il che significa che le cellule funzionano meglio".
Tessuto simile al pancreas
In uno studio, " 3D bioprinting of collagen-based high-resolution internally perfusable scaffolds for engineering fully biologic tissue systems ", pubblicato su Science Advances, il gruppo dimostra l'uso della loro tecnica per costruire tessuti vascolarizzati più complessi a partire da materiali completamente biologici, per creare un tessuto simile al pancreas che potrebbe potenzialmente essere utilizzato in futuro per trattare il diabete di tipo 1. Questo progresso nella bioprinting FRESH si basa sul precedente lavoro del gruppo pubblicato su Science, migliorando la risoluzione e la qualità per creare canali fluidici simili a vasi sanguigni fino a circa 100 micron di diametro.
"Diversi sviluppi tecnici chiave nella tecnologia di stampa FRESH hanno reso possibile questo lavoro", ha descritto Daniel Shiwarski, PhD, professore associato di bioingegneria presso l'Università di Pittsburgh e precedente borsista post-dottorato nel laboratorio Feinberg. "Implementando un processo di fabbricazione di bioprinting in un'unica fase, abbiamo prodotto CHIP perfusibili a base di collagene in un'ampia gamma di progetti che superano la risoluzione e la fedeltà di stampa di qualsiasi altro approccio di bioprinting noto fino ad oggi.
“Inoltre, quando abbiamo combinato la biostampa 3D multimateriale di proteine ECM, fattori di crescita e bioinchiostri contenenti cellule e l'integrazione in una piattaforma di bioreattori personalizzata, siamo stati in grado di creare un costrutto di tessuto pancreatico su scala centimetrica in grado di produrre un rilascio di insulina stimolato dal glucosio, superando gli attuali approcci basati sugli organoidi.”
Questa tecnologia è attualmente commercializzata da FluidForm Bio, una società spin-off della Carnegie Mellon, dove il coautore Andrew Hudson, PhD, direttore del reparto di terapia tissutale, ed il suo gruppo hanno già dimostrato su un modello animale di poter curare il diabete di tipo 1 in vivo. FluidForm Bio prevede di avviare studi clinici su pazienti umani nei prossimi anni.
"Guardando al futuro, la domanda non è: possiamo costruirlo? È piuttosto: cosa costruiamo? Il lavoro che stiamo svolgendo oggi sta prendendo questa capacità di fabbricazione avanzata e combinandola con la modellazione computazionale e l'apprendimento automatico, in modo da poter comprendere meglio cosa dobbiamo stampare", ha affermato Feinberg. "In definitiva, vogliamo che il tessuto imiti meglio la malattia di interesse od, in definitiva, abbia la funzione giusta, così quando lo impianteremo nel corpo come terapia, farà esattamente ciò che vogliamo".
Feinberg ed i suoi collaboratori si impegnano a rilasciare progetti open source ed altre tecnologie che ne consentano un'ampia adozione all'interno della comunità di ricerca.
"Ci auguriamo che presto altri laboratori nel mondo adottino ed estendano questa capacità ad altre patologie ed aree tissutali", ha aggiunto Feinberg. "Consideriamo questa una piattaforma di base per la costruzione di sistemi tissutali più complessi e vascolarizzati".
ENGLISH
Researchers at Carnegie Mellon University report that they have built a first-of-its-kind microphysiologic system, or tissue model, entirely out of collagen using their Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels (FRESH) 3D bioprinting technique. They say this advancement expands the capabilities of how researchers can study disease and build tissues for therapy, such as type 1 diabetes.
Traditionally, tiny models of human tissue that mimic human physiology, known as microfluidics, organ-on-chip, or microphysiologic systems, have been made using synthetic materials such as silicone rubber or plastics, because that was the only way researchers could build these devices, noted the scientists, adding that because these materials aren’t native to the body, they cannot fully recreate the normal biology, limiting their use and application.
“Now, we can build microfluidic systems in the Petri dish entirely out of collagen, cells, and other proteins, with unprecedented structural resolution and fidelity,” explained Adam Feinberg, PhD, a professor of biomedical engineering and materials science & engineering at Carnegie Mellon University. “Most importantly, these models are fully biologic, which means cells function better.”
Pancreatic-like tissue
In a study, “3D bioprinting of collagen-based high-resolution internally perfusable scaffolds for engineering fully biologic tissue systems,” published in Science Advances, the group demonstrates the use of their technique building more complex vascularized tissues out of fully biologic materials, to create a pancreatic-like tissue that could potentially be used in the future to treat type 1 diabetes. This advancement in FRESH bioprinting builds on the team’s earlier work published in Science by improving the resolution and quality to create fluidic channels that are like blood vessels down to about 100-micron diameter.
“There were several key technical developments to the FRESH printing technology that enabled this work,” described Daniel Shiwarski, PhD, assistant professor of bioengineering at the University of Pittsburgh and prior postdoctoral fellow in the Feinberg lab. “By implementing a single-step bioprinting fabrication process, we manufactured collagen-based perfusable CHIPS in a wide range of designs that exceed the resolution and printed fidelity of any other known bioprinting approach to date.
“Further, when combined with multi-material 3D bioprinting of ECM proteins, growth factors, and cell-laden bioinks and integration into a custom bioreactor platform, we were able to create a centimeter-scale pancreatic-like tissue construct capable of producing glucose-stimulated insulin release exceeding current organoid-based approaches.”
This technology is currently being commercialized by FluidForm Bio, a Carnegie Mellon spinout company where co-author Andrew Hudson, PhD, director of tissue therapeutics, and his team have already demonstrated in an animal model that they can cure type 1 diabetes in vivo. FluidForm Bio plans to start clinical trials in human patients in the next few years.
“Going forward, the question is not, can we build it? It’s more of, what do we build? The work we’re doing today is taking this advanced fabrication capability and combining it with computational modeling and machine learning, so that we can hopefully better understand what we need to print,” said Feinberg. “Ultimately, we want the tissue to better mimic the disease of interest or, ultimately, have the right function, so when we implant it in the body as a therapy, it’ll do exactly what we want.”
Feinberg and his collaborators are committed to releasing open-source designs and other technologies that allow for broad adoption within the research community.
“We’re hoping that quickly, other labs in the world will adopt and expand this capability to other disease and tissue areas,” Feinberg added. “We see this as a base platform for building more complex and vascularized tissue systems.”
Da:
https://www.genengnews.com/topics/translational-medicine/bioprinting-technique-brings-vascularized-tissue-one-step-closer/
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