Tessuto pancreatico biostampato in 3D per far progredire la ricerca biomedica
Le malattie pancreatiche, tra le quali figurano il diabete, il tumore e la pancreatite, colpiscono quasi il 10 % della popolazione globale. Nel 2021, solamente il diabete ha provocato 6,7 milioni di decessi. Eppure, nonostante l’enorme esigenza di nuove terapie, molte delle ricerche mediche condotte in tal ambito sono ostacolate dalla mancanza di accesso a tessuto pancreatico in vivo. «Gli attuali metodi per lo studio delle patologie del pancreas non consentono ai ricercatori di acquisire in modo completo la complessità dei processi che si verificano nel corso dello sviluppo pancreatico», spiega Francesca Spagnoli, coordinatrice del progetto Pan3DP e docente di Medicina rigenerativa presso il King’s College di Londra. I modelli di organi biostampati in 3D sono tessuti stampati in laboratorio che possiedono grandi potenzialità per la ricerca biomedica e offrono una possibilità per lo studio dello sviluppo tissutale, la modellizzazione delle malattie e l’analisi dei potenziali trattamenti. Nell’ambito del progetto Pan3DP, finanziato dall’UE, un consorzio multidisciplinare costituito da partner provenienti dal mondo accademico e da quello dell’industria ha collaborato allo sviluppo di una tecnica innovativa per biostampare tessuto pancreatico embrionale. «La principale innovazione riguarda l’utilizzo della biostampa 3D per imitare l’esatta composizione cellulare e le interazioni tra cellule che hanno luogo nel corso della normale formazione del pancreas», aggiunge Spagnoli. «Queste strutture bioingegnerizzate dispongono del potenziale di differenziarsi ulteriormente in tessuto pancreatico maturo», osserva la ricercatrice, lasciando spazio a ulteriori studi.
Le sfide associate agli organi cresciuti in laboratorio
Pan3DP si era prefisso tre obiettivi principali: il miglioramento delle conoscenze in merito all’architettura tridimensionale del pancreas, la creazione di una tecnologia di biostampa per ingegnerizzare tessuto pancreatico e l’individuazione delle migliori condizioni per consentire a tale tessuto embrionale di maturare. La stampa di tessuti organici è complicata. Non solo questo metodo è tuttora agli albori, ma il progetto Pan3DP ha per di più scelto una struttura di un organo che si contraddistingue per la sua complessità e densità, ovvero il pancreas, incrementando ulteriormente la difficoltà della sfida. Affinché sia possibile creare tessuti, è necessario disporre di milioni di cellule per ampliare il processo di stampa. Per superare questo problema, il team ha optato per l’utilizzo di cellule staminali embrionali e per la loro differenziazione in cellule progenitrici del pancreas, stabilendo un approccio mai impiegato in precedenza nella biostampa pancreatica.
Sviluppare nuove tecniche di biostampa
Nel corso del progetto il team ha fatto ricorso a due tecnologie di biostampa, tra cui la «biostampa assistita da laser» per la stampa e la manipolazione di oggetti mesoscopici come gli organoidi e gli aggregati cellulari. «Tali metodi hanno costituito prove di concetto estremamente importanti, che hanno predisposto le condizioni richieste per lo svolgimento di futuri studi in tal ambito e per l’applicazione della biostampa ai fini della generazione di tessuto pancreatico multicellulare», afferma Spagnoli. Un altro importante risultato ottenuto dal progetto Pan3DP è stato quello di creare un atlante digitale del pancreas embrionale basato su insiemi di dati relativi a immagini 3D, grazie ai quali è possibile visualizzare le tre principali tipologie cellulari del pancreas murino embrionale (ovvero l’epitelio, l’endotelio e il mesenchima). Queste immagini sono state annotate e inserite in un archivio online open-source chiamato atlante delle cellule pancreatiche embrionali, nonché pubblicate su una rivista scientifica di spicco.
Sostenere la ricerca in materia di biostampa tissutale
I risultati e i nuovi approcci sviluppati nel quadro del progetto Pan3DP spianeranno la strada per la fabbricazione di tessuto pancreatico umano basata sull’impiego di cellule pancreatiche derivate da cellule staminali. «I nostri risultati non hanno solamente guidato la realizzazione di importanti progressi tecnologici nel campo dell’ingegneria e della biostampa tissutale, ma offriranno inoltre possibilità radicalmente nuove in ambito medico, consentendoci lo studio delle malattie pancreatiche ex vivo in tessuti fabbricati, lo sviluppo di nuovi farmaci e la riduzione dell’uso di animali, nonché una sostituzione semplificata dei tessuti lesi o malati», osserva Spagnoli. Il prossimo passo è costituito dalla transizione ai tessuti umani mediante l’applicazione degli stessi principi di biomimesi e degli approcci tecnici definiti per i modelli murini alle cellule umane, al di là di quelle pancreatiche. «In definitiva, l’approccio e la metodologia da noi elaborati possono diventare un modello di riferimento e venire estesi al fine di creare canali di biostampa 3D per l’impiego su altri tessuti», conclude Spagnoli.
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