stampanti 3d
adv

Stampanti 3D: Come l’uso visionario di nuove tecnologie emergenti potrà cambiare la vita di ognuno

Prometeo e la medicina rigenerativa

La medicina rigenerativa potrebbe apparire come il leggendario fuoco donato da Prometeo all’umanità. Da sempre l’uomo ha sognato di poter riparare gli organi non più funzionanti con parti biocompatibili impiantabili, simulacro di quelli danneggiati.

I primi trapianti di cuore sperimentati da Barnard in Sud Africa furono fallimentari, finché il 3 dicembre del 1967 la scintilla fu accesa con l’impianto in un paziente che sopravvisse per 18 preziosissimi giorni. Louis Washkansky, questo è il nome del paziente, fu stroncato dalle conseguenze congiunte del rigetto e dell’azione dei farmaci immunosoppressori il 21 dicembre 1967.

Self e non Self: come il sistema immunitario ci difende

Da allora la scienza si è spesa nel riconoscere i meccanismi biologici coinvolti nel rifiuto di tessuti estranei da parte dell’organismo ospite. Grazie al lavoro di generazioni di scienziati, sta cominciando a comprendere le vie cellulari che addestrano le componenti del nostro sistema immunitario e le rendono capaci di discernere tra cellule presenti normalmente nel nostro organismo, il cosiddetto “self”, e cellule estranee (tipicamente virus, batteri, cellule cancerose) denominate “non self”.

Tessuti provenienti da altre persone appartengono ovviamente al non self ed attivano i differenti componenti del sistema immunitario, che li attaccano fino a distruggerli attraverso un processo infiammatorio potentissimo. Le tecniche trapiantologiche si sono affinate ed oggi i farmaci immunosoppressori sono sempre più tollerabili, anche grazie a migliori criteri di compatibilità tra il donatore ed il ricevente il trapianto.

Ciascun uomo è unico

In pratica, le varianti genetiche umane fanno sì che ciascun essere umano sia praticamente differente da ogni altro suo simile, con l’eccezione dei gemelli omozigoti. Effettuare un innesto di organi o tessuti provenienti da un altro essere umano, il cosiddetto trapianto, richiede quindi inevitabilmente la somministrazione a vita di potentissimi farmaci che “sedano” il sistema immunitario e, di fatto lo neutralizzano, rendendolo incapace di reagire normalmente.

Questo, di fatto, rende ogni sostituzione di tessuti una continua lotta tra un brutale attacco del nostro sistema immunitario contro le cellule estranee ed il rischio di morte per malattia a causa dell’inattivazione eccessiva delle difese contro patogeni o cancro.

Da un’unica cellula a noi

Ogni essere umano nasce dall’unione di una cellula uovo e di uno spermatozoo che si fondono a formare un’unica cellula. Ciascuna dei miliardi di cellule che compongono i nostri corpi ha lo stesso DNA, cioè gli stessi geni, tuttavia, una cascata di fattori cellulari porta alla differenziazione che forma i vari organi e tessuti.

All’inizio, quindi, ciascuna cellula è potenzialmente in grado di creare ogni organo. Questa caratteristica è chiamata staminalità.

È oggi possibile utilizzare questo “trucco” dell’evoluzione per creare tessuti da cellule normali riprogrammate per tornare staminali e indurle a differenziarsi in un particolare componente del nostro corpo, ad esempio, in cellule della cornea.

Tecnologie visionarie: stampa 3d e scaffold

Oggi, la coniugazione visionaria di stampa 3d e di cellule staminali sta per rendere i rigetti il ricordo di un tempo buio. Procediamo con ordine. L’informatica ha cambiato il modo di vivere in tanti modi, ma promette di rivoluzionare anche la trapiantologia grazie alla stampa tridimensionale.  Dietro tutto ciò si nasconde un immenso lavoro di ricerca che ha permesso di creare modelli informatici capaci di replicare la struttura tridimensionale di oggetti ed organi acquisendone le informazioni con scanner 3D o apparecchiature TAC (Tomografia Assiale Computerizzata) digitali.

In pratica i rapporti spaziali tra le diverse parti di un organo vengono riprodotte e trasformate in bit (il modo in cui i computer memorizzano le informazioni), riconoscendo spazi vuoti o spessori estremamente sottili, consentendo quindi di ottenere repliche estremamente fedeli.

Il passo successivo è stato quello di usare questi flussi di bit per pilotare stampanti 3D e ricreare copie statiche in materiale plastico per consentire ai chirurghi di prepararsi meglio ad operazioni estremamente complesse. La magia è però scoccata quando le stampanti sono state in grado di utilizzare non più solo materiali plastici, bensì anche polimeri biocompatibili, capaci cioè di coabitare con le cellule umane e di non provocare reazioni avverse. Questa innovazione ha consentito la realizzazione dei cosiddetti scaffold, cioè supporti da inseminare con cellule umane modificate in modo da replicare parzialmente o in toto organi complessi. Con questi metodi sono già oggi realizzati supporti per ricreare padiglioni auricolari maciullati o setti nasali distrutti, sostituendo in pratica parti di cartilagine non soggetti a carichi.

BIOPRINTING

In tempi recenti il team di Keith Martin e Barbara Lorber, ricercatori presso l’Università di Cambridge hanno ideato una tecnica chiamata bioprinting che, con la coniugazione di stampa 3D e l’utilizzo di “inchiostro” contenente cellule staminali, ha permesso di realizzare una retina artificiale funzionante e di impiantarla in topi di laboratorio.

È di queste ore, invece, l’evoluzione che tutti attendevano. Ricercatori della Newcastle University hanno ottenuto la prima cornea stampata in 3D, realizzata con bioinchiostro formato da cellule staminali umane e sostanze aggreganti, in appena dieci minuti. Il rischio che questi annunci a sensazione portino però false speranze a quanti attendono da anni una cornea compatibile per tornare a vedere.

Concept car e staminali

In realtà, il prodotto ottenuto è sostanzialmente un prototipo, una sorta di “concept car” della medicina per dimostrare che la tecnica è fattibile, ma, restano da superare ancora molti ostacoli prima di poter impiantare cornee stampate con staminali e renderle effettivamente vitali e funzionali.

La cornea umana, infatti è estremamente complessa, formata da numerosi strati, di cui solo uno (lo stroma) è stato attualmente ricostruito con la stampante. Restano infatti da riprodurre l’epitelio, che è lo strato superficiale e la membrana elastica su cui questo poggia, va poi “inventata” una tecnica per garantire la coesione di questa sovrapposizione di strati di bioinchiostro.

La strada per ridare la “vista ai ciechi” in 10 minuti è ancora lunga, tuttavia, finalmente possiamo cominciare a “vedere la luce oltre il tunnel del buio”.