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Stampa semplice di diversi tessuti

Tissue Engineering: matrice di collagene variabile dalla stampante
Stampa semplice di diversi tessuti

I ricercatori hanno raffinato la tecnica di stampa di tessuti e organi e sono in condizione di produrre anche tessuti diversi. In collaborazione con l’industria, il processo verrà ulteriormente sviluppato.

I recenti scandali hanno aggravato il problema: secondo la Fondazione tedesca trapianto d’organi (Deutschen Stiftung für Organtransplantation – DSO) il numero di donatori di organi nella prima metà del 2013 si è ridotto di oltre il 18 % rispetto all’anno precedente. Nel contempo, si può dedurre che la richiesta di organi e tessuti sostitutivi per quelli malati o danneggiati, aumenterà continuamente nei prossimi anni, perché la popolazione invecchia e la medicina dei trapianti compie progressi.

Sostituendo cellule, tessuti e organi, già oggi è possibile curare numerose malattie gravi. Politica, industria e ricerca lavorano pertanto da tempo con grande impegno al miglioramento di metodi e processi che consentano di produrre tessuti artificiali. In questo modo sarà possibile colmare la lacuna, per venire incontro al fabbisogno.
In questa situazione, una tecnologia nota dalla quotidianità in ufficio, ma che tuttavia la maggior parte delle persone non collegherebbe alla produzione di organi artificiali, può ricoprire un ruolo decisivo: la stampa a getto d’inchiostro. I ricercatori del Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (Istituto Fraunhofer per superfici di contatto e tecnica dei bioprocessi) IGB di Stoccarda sono riusciti a sviluppare inchiostri biologici adatti per questa tecnica di stampa.
I fluidi trasparenti sono composti da materiale animale e cellule vive. La base è costituita da una sostanza ricavata da tessuti naturali: la gelatina. Si tratta di un prodotto di scomposizione del collagene, che costituisce l’elemento principale della matrice del tessuto naturale. Per rendere la biomolecola adatta alla stampa, i ricercatori hanno adattato chimicamente il suo processo gelificante. Durante la stampa, i bioinchiostri rimangono fluidi e pertanto stampabili. Se in seguito vengono esposti a raggi UV, si reticolano in idrogel. Si tratta di polimeri contenenti acqua, ma che sotto influsso di calore si sciolgono in acqua.
I ricercatori possono controllare la modifica chimica della biomolecola in modo tale che i gel derivanti possiedano solidità e gonfiabilità diverse. In questo modo, è possibile riprodurre le caratteristiche dei tessuti naturali, da tessuti di cartilagini solidi a morbidi tessuti grassi.
Anche da materiali artificiali, grazie alle stampanti dei ricercatori di Stoccarda, si possono produrre gel utilizzabili come prodotti sostitutivi per la matrice extra-cellulare. Per esempio, hanno sviluppato un sistema che senza la produzione di prodotti secondari, reticola in un idrogel e che può essere popolato direttamente da vere cellule. „Attualmente ci concentriamo sulla variante ’naturale’“, afferma la collaboratrice dell’Istituto IGB, dott. ssa Kirsten Borchers. „Rimaniamo così molto vicini all’originale“. Anche se il potenziale di bioinchiostri artificiali è grande, ancora molto resta da imparare sui reciproci effetti di plastiche e materiale naturale dei tessuti. „La nostra variante, invece, offre alle cellule il loro ambiente naturale e può pertanto favorire direttamente l’auto-organizzazione delle cellule stampate in un modello di tessuto funzionale“.
Le stampanti dei laboratori di Stoccarda hanno molto in comune con le normali stampanti da ufficio: serbatoio per inchiostro, ugelli, tutto come sempre. Solo guardando in modo più attento si scoprono le differenze. Per esempio, un piccolo dispositivo di riscaldamento sul serbatoio di inchiostro, con il quale si crea la temperatura adatta al bioinchiostro. Anche il numero di ugelli e di serbatoi è ridotto, rispetto all’apparecchio da ufficio. „Insieme ad altri istituti Fraunhofer e all’industria, vogliamo aumentare il loro numero, per poter stampare contemporaneamente con diversi inchiostri, varie cellule e matrici. In questo modo, ci avviciniamo alla produzione di strutture più complesse e tessuti diversi“, spiega Borchers.
La grande sfida è attualmente rappresentata dalla produzione di tessuti vascolarizzati. Si tratta di tessuti che dispongono di un proprio sistema di vari sanguigni e tramite esso possono essere alimentati con sostanze nutritizie. L’IGB vi lavora insieme ad altri partner nel progetto promosso dall’Unione Europea „ArtiVasc 3D“.
Al centro vi è la tecnologia con cui è possibile produrre modelli raffinati di vasi sanguigni da materiali sintetici e con essi, per la prima volta, pelle artificiale con il tessuto grasso sottostante. „Per poter stampare in futuro organi interi, questo passaggio è molto importante. Solo quando riusciremo a produrre tessuti dotati di sistema di vasi sanguigni, sarà possibile stampare strutture di tessuti più grandi“, conclude Borchers.
Britta Widmann Fraunhofer-Gesellschaft (Società Fraunhofer), Monaco
Ulteriori informazioni Sul Fraunhofer IGB: www.igb.fraunhofer.de

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  • Principio della stampante a getto d’inchiostro per sospensione di cellule
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