La biostampante 3D stampa i tessuti in situ

Il bioprinting è l’uso di tecniche di stampa 3D per fabbricare tessuti a partire da biomateriali. Viene utilizzato principalmente per creare tessuti umani per la ricerca e per test farmacologici in vitro. Quando viene utilizzata per creare una parte del corpo destinata all'impianto in un paziente, la parte deve prima essere stampata con una biostampante desktop, quindi in genere è necessario un ampio intervento chirurgico a campo aperto per posizionarla. Oltre al rischio di infezione e ai lunghi tempi di recupero, è possibile una discrepanza tra la parte stampata e il tessuto target interno a cui è attaccata, così come i problemi derivanti dalla contaminazione e dalla manipolazione.

Per superare queste sfide, i ricercatori dell’Università del Nuovo Galles del Sud a Sydney, in Australia, hanno sviluppato un braccio robotico morbido in miniatura e una testina di stampa flessibile, e li hanno integrati in un lungo catetere tubolare che costituisce il corpo flessibile della stampante. Sia il braccio che la testina di stampa hanno tre gradi di libertà (DoF).

"La nostra biostampante 3D flessibile, denominata F3DB, può fornire direttamente biomateriali sul tessuto o sugli organi bersaglio con un approccio minimamente invasivo", afferma Thanh Nho Do, docente senior presso la Graduate School of Biomedical Engineering dell'UNSW, che insieme al suo dottorato di ricerca. Lo studente Mai Thanh Thai ha guidato il gruppo di ricerca.

F3DB non solo ha il potenziale per ricostruire direttamente le parti danneggiate del corpo, ma "può anche essere utilizzato come strumento chirurgico endoscopico tutto in uno, con l'ugello che assume il ruolo di un bisturi chirurgico", aggiunge Do. “Ciò eviterebbe la necessità di utilizzare diversi strumenti per pulire, marcare e incidere, ora utilizzati in procedure più lunghe, come la rimozione di un tumore”.

Il prototipo di biostampante 3D flessibile può anche fungere da strumento chirurgico endoscopico multiuso. Fonte: UNSW Sydneyyoutu.be

Sebbene la biostampa in situ sia stata studiata negli ultimi dieci anni, "la biostampa sugli organi interni è stata limitata a causa di varie difficoltà", afferma Ibrahim Ozbolat, professore di ingegneria e meccanica alla Pennyslvania State University, commentando i dettagli della ricerca pubblicati nel numero di febbraio. Scienza avanzata. "Questo dispositivo mobile di bioprinting endoscopico all-in-one è nuovo", afferma, e potrebbe "far avanzare le tecniche esistenti consentendo osservazioni, incisioni e bioprinting in tempo reale sugli organi interni".

Il dispositivo ha un diametro simile a quello di un endoscopio (da 11 a 13 millimetri circa), abbastanza piccolo da poter essere inserito nel corpo attraverso la bocca o l'ano. Il braccio robotico morbido è azionato da tre attuatori con soffietto in tessuto morbido regolati da un sistema idraulico composto da siringhe azionate da motore CC che pompano acqua agli attuatori. Una testina di stampa flessibile, costituita da morbidi muscoli artificiali idraulici, consente all'ugello di stampa di muoversi in tre direzioni, come quello di una stampante 3D desktop convenzionale. Il controllo generale avviene tramite una configurazione master-slave che utilizza un sistema tattile commerciale per trasmettere i movimenti della mano da parte del master.

Una volta raggiunto il bersaglio, il braccio e la testina di stampa sono controllati da un algoritmo automatizzato basato sulla cinematica inversa, un processo matematico che determina i movimenti necessari per trasportare i biomateriali sulla superficie di un organo o tessuto interno. La stampa è monitorata da una telecamera miniaturizzata flessibile collegata.

Per testare il dispositivo, i ricercatori hanno prima utilizzato vari materiali non biologici come silicone liquido e cioccolato per stampare diversi modelli 3D multistrato in laboratorio. In ulteriori esperimenti, hanno stampato varie forme con materiali non viventi sulla superficie del rene di un maiale. Successivamente, i ricercatori hanno stampato biomateriali viventi in situ su una superficie di vetro all’interno di un colon artificiale.

"Abbiamo visto le cellule crescere ogni giorno e aumentare di quattro volte il settimo giorno, l'ultimo giorno dell'esperimento", afferma Do.

Per testare il dispositivo come strumento universale per la chirurgia endoscopica, i ricercatori hanno eseguito varie funzioni come lavare, marcare e sezionare l'intestino di un maiale. “I risultati mostrano che l’F3DB ha un forte potenziale per essere sviluppato in uno strumento endoscopico tutto in uno per le procedure di dissezione sottomucosa endoscopica”, afferma Do.