Una Nuova Tecnica Consente la Stampa 3D di Tessuto Cerebrale Funzionale

Stampa 3D di Organi

La stampa 3D, o manifattura additiva, sta rivoluzionando silenziosamente il modo in cui avviene la produzione, con centinaia di materiali ora disponibili per la stampa 3D.  Tuttavia, forse il materiale più entusiasmante non è destinato alla produzione ma a scopi medici: i tessuti biologici.

La biostampa potrebbe un giorno rendere possibile stampare letteralmente in 3D un cuore umano, un fegato o un polmone su richiesta, pronti per il trapianto. È qualcosa che abbiamo esplorato nel nostro articolo “Organi su Richiesta: I Migliori Titoli di Biostampa 3D”.

Un nuovo livello nella biostampa è stato raggiunto da un team di ricerca all’University of Wisconsin–Madison, guidato da Su‑Chun Zhang, professore di neuroscienze e neurologia. Sono riusciti a stampare in 3D tessuti cerebrali che possono crescere e funzionare come il tessuto cerebrale tipico.  Questo è davvero rivoluzionario e un risultato molto migliore rispetto a tutti i precedenti tentativi di stampare in 3D tessuti cerebrali fino ad ora.

Bio-Inchiostro Ottimizzato

La chiave di questa scoperta scientifica è stata adattare la tecnica usuale di biostampa alle esigenze specifiche dei neuroni.

Di solito, la biostampa aggiunge le cellule una sopra l’altra verticalmente, utilizzando un materiale di supporto complesso. Invece, il team di Zhang ha optato per un design orizzontale e ha usato un gel di bio‑inchiostro molto più morbido rispetto a quello usato in precedenza.

Il gel più morbido consente ai neuroni di crescere e interagire tra loro esattamente come avviene in un cervello reale. Il gel relativamente più sottile ha inoltre permesso una migliore penetrazione dell’ossigeno, e il tessuto cresciuto più sottile ha potuto assorbire completamente i nutrienti dal gel.

Nel complesso, questo crea un tessuto molto più simile al tessuto cerebrale reale rispetto a qualsiasi modello esistente. Non solo i tessuti sono più connessi, ma è possibile che i neuroni comunichino normalmente tra loro, oltre ad aggiungere cellule di supporto ai tessuti. Queste cellule di supporto non sono neuroni coinvolti nell’attività neuronale/nervosa, ma svolgono un ruolo chiave nel mantenere i neuroni attivi funzionali e sani.

Un Nuovo Strumento di Ricerca

Rispetto a ciò che è attualmente utilizzato, organoidi cerebrali, questi tessuti cerebrali stampati in 3D sono molto più realistici e utili per comprendere come funziona un cervello reale.

Controllando totalmente la struttura del modello di tessuto cerebrale, i ricercatori possono utilizzare questa tecnica per creare repliche realistiche di cervelli affetti da malattia di Alzheimer, sindrome di Down, ecc.

“Perché possiamo stampare il tessuto su misura, possiamo avere un sistema definito per osservare come funziona la rete del nostro cervello umano. Possiamo osservare molto specificamente come le cellule nervose comunicano tra loro in determinate condizioni, poiché possiamo stampare esattamente ciò che desideriamo.”

Poiché il cervello opera in una rete, l’alto livello di interconnettività sarà cruciale per favorire il progresso della ricerca fondamentale.

La ciliegina sulla torta è che questa nuova tecnica di stampa non richiede alcuna attrezzatura nuova. Può essere eseguita con una stampante 3D commerciale da banco, e l’analisi dei neuroni può essere effettuata con metodologie comuni come l’imaging al microscopio e gli elettrodi, già diffusi nei laboratori di neurologia.

Azioni di Biostampa

1. BICO Group AB

Il team del Prof. Zhang ha utilizzato una stampante Cellink per eseguire la loro biostampa di tessuti cerebrali.

Nel 2021, Cellink è stata rinominata BICO Group, a seguito dell’acquisizione di Cytena nel 2019 e di Scienion nel 2020. Cellink rimane comunque il nome del marchio per la parte di biostampa dell’azienda.

Biostampa ha rappresentato nel Q3 2023 16 milioni di dollari di vendite, oltre a 28 milioni di dollari in bioscienze e 12 milioni di dollari in bioautomazione.

Pur non essendo l’unica nel settore, Cellink è chiaramente un produttore di apparecchiature di biostampa molto avanzato. Il risultato del Prof. Zhang con queste macchine dimostra il loro potenziale nella ricerca neurologica, un campo che finora non utilizza realmente la biostampa.

Nel lungo periodo, è probabile che le aziende di biostampa evolvano dal fornire strumenti ai ricercatori a diventare fornitori di terapie di biostampa per le case farmaceutiche destinati ai pazienti. Questo, a sua volta, cambierà completamente il numero di biostampanti in uso e, soprattutto, il volume di consumabili venduti ogni mese.

Questo è lo stesso processo che si è verificato per altri produttori di apparecchiature biolab, comprese le macchine di sequenziamento del genoma di PacBio (PACB) e Illumina (ILMN), che finiscono per generare l’80 % dei loro ricavi dalle vendite ricorrenti di consumabili.

2. Organovo

La tecnologia proprietaria di Organovo utilizza tessuti umani stampati in 3D per imitare aspetti chiave dei tessuti umani reali, inclusi composizione, architettura, funzione e patologia.

Ciò è stato utilizzato per trovare nuove molecole con potenziale terapeutico. Validando prima le molecole potenziali nel modello di tessuto 3D, l’azienda spera di ridurre il rischio di fallimenti nella sperimentazione clinica, grazie a un modello cellulare in vitro più realistico prima di qualsiasi test su esseri umani.

Il pipeline di Organovo è focalizzato su Malattie Infiammatorie Intestinali (IFD) e fibrosi epatica, con un programma in fase 2/3 della sperimentazione clinica e uno in fase 1. I risultati della prova di concetto di fase 2a sono attesi nella seconda metà del 2025.

Ci sono stati 2,1 milioni di casi negli Stati Uniti nel 2022 e 13 milioni di casi a livello globale di colite ulcerosa, una forma di IFD, che rappresentano un mercato da 6,6 miliardi di dollari. Si prevede inoltre che continui a crescere del 6 % CAGR fino al 2032, raggiungendo un mercato da 12 miliardi di dollari.

Poiché Organovo utilizza una simulazione realistica del tessuto intestinale, con epitelio polarizzato e strato interstiziale, è probabile che abbiano una buona rappresentazione in vitro di come il loro farmaco agirà su un paziente.

Ciò rende Organovo un’azione interessante per gli investitori che cercano di capitalizzare sui primi giorni della biostampa e sul suo utilizzo come modello per le aziende biotech per scoprire nuove terapie.