Medicina: midollo spinale rigenerato tramite stampa 3D

La stampa 3D non è solo un modo per creare modellini del Millennium Falcon lunghi 70 centimetri o pistole a basso costo, ma può diventare un interessante strumento in mano a medici e ricercatori che cercano di trovare un rimpiazzo per gli organi lesionati o deformati. Le possibili applicazioni sperimentali ormai si stanno moltiplicando molto rapidamente e presto potrebbero diventare la normalità negli ospedali: protesi stampate in 3D sono più economiche – e spesso anche più precise – di quelle tradizionali e possono essere disponibili in poche ore.

Una protesi stampata in 3D

Il bio-printing invece è una cosa diversa: si chiama così l’innovativa tecnica che permette di riprodurre i tessuti tramite stampanti 3D. Il bio-inchiostro è nella maggior parte dei casi costituito da cellule staminali – cioè non ancora specializzate e quindi molto duttili – mescolate ad un idrogel che rende possibile creare strutture complesse con il bio-materiale e una miscela liquida che permette di fornire i nutrienti alle cellule. Il processo comincia con la scansione del tessuto o dell’organo che si vuole riprodurre tramite TAC o risonanza magnetica; queste tecniche di imaging permettono di scomporre la struttura biologica che si vuole riprodurre in layer bidimensionali che corrispondono circa ad uno strato di cellule. La stampante non fa altro che depositare i vari strati di bio-inchiostro secondo lo schema indicato dalla scansioni 2D. Una volta creata la struttura biologica, essa va mantenuta in vita fornendo un supporto meccanico su cui possa crescere, i nutrienti necessari al sostentamento del tessuto e i messaggi chimici che regolano la crescita delle cellule. 

Tessuto biologico realizzato con una stampante per bio-printing

Mentre la prima trova già alcune applicazioni in campo medico su esseri umani nel campo delle protesi esterne, la seconda è utilizzata soprattutto nell’ambito della ricerca per studiare gli effetti dei farmaci sui tessuti senza necessità di utilizzare cavie umane o animali oppure per studiare la crescita dei tessuti. Creare organi funzionanti e compatibili con un organismo ospite è infatti attualmente al di fuori della nostre possibilità. Se non si può sostituire per lo meno proviamo a ripararlo: una nuova ricerca mira infatti a favorire la rigenerazione dei tessuti, in questo caso il midollo spinale, grazie ad delle strutture stampate in 3D. 

Midollo spinale “stampato in 3D”

Fonte: ©CRTD/Andrea Meinhardt

Stampa 3D: una possibile applicazione nella rigenerazione del midollo spianale

Il midollo spinale è una parte fondamentale del sistema nervoso centrale, potremo vederlo come un’autostrada che connette il cervello alla regioni periferiche del corpo: gran parte dei segnali nervosi passano dal midollo. Per questo le lesioni al midollo spinale possono provocare paralisi e problematiche di vario genere nelle funzioni vitali. Il midollo spinale inoltre funge da centro di controllo per molte azioni involontarie, come i riflessi e le attività stereotipata ritmica. Curare le lesioni a questa importantissima struttura nervosa potrebbe aprire alla riabilitazione di migliaia e migliaia di persone in situazioni di disabilità. 

Midollo spinale, la struttura nervosa che connette il cervello al resto del corpo

La speranza arriva da una ricerca di un gruppo dell’università della California di San Diego guidato da Mark Tuszynski, pubblicata sulla rivista Nature Medicine. Grazie alla combinazione di stampa 3D e bio-inchiostro a cellule staminali, i ricercatori sono riusciti a riparare delle lezioni nei ratti da laboratorio. Con la stampa 3D essi hanno creato una struttura di supporto che guida la crescita delle cellule staminali, imitando le reali strutture biologiche del sistema nervoso. Shaochen Chen, uno dei ricercatori, spiega: 

Come un ponte, allinea gli assoni (cioè i cavi che permettono lo scambio di informazioni tra i neuroni) da un capo all’altro del midollo spinale lesionato. Gli assoni possono diffondersi e ricrescere in ogni direzione, ma l’impalcatura li “guida” nella giusta direzione, durante la crescita, per completare le connessioni del midollo spinale. 

Le cellule nervose possono si collegano tra loro tramite due strutture: i dendriti, che raccolgono le informazioni in arrivo da altri neuroni, e l’assone, che invece trasmette il segnale elettrico verso altre cellule.  Queste strutture crescono naturalmente in modo disordinato, ma grazie alla precisione delle moderne stampanti 3D è stato possibile creare delle strutture con decine di minuscoli canali larghi circa il doppio di un capello umano che convogliano gli assoni lungo la direzione della lesione. Un punto forte della stampa 3D è la velocità come già anticipato: i ricercatori americani hanno creato impianti lunghi due millimetri in soli 1,6 secondi, per confronto le tecniche tradizionali impiegano diverse ore per sviluppare strutture molto più semplici. Secondo i ricercatori è possibile applicare la tecnica anche nel midollo spinale umano: gli studiosi sono infatti riusciti a stampare impianti di 4 centimetri sviluppato a partire dai dati sulle lesioni di un midollo umano in soli 10 minuti. 

Struttura di un neurone del midollo spinale

La struttura stampata in 3D viene poi “imbottita” di cellule staminali e inserita all’interno del midollo spinale lesionato dei ratti da laboratorio. Dopo qualche mese i tessuti attorno alla zona lesionata si sono completamente rigenerati e gli animali recuperano le funzioni motorie delle zampe posteriori, fino a poco tempo prima completamente paralizzate. Inoltre i ricercatori hanno osservato che il sistema circolatorio penetra all’interno del tessuto rigenerato, inglobando il tessuto staminale all’interno dell’organismo e fornendo i nutrienti necessari alla crescita. 

Alcune funzioni del midollo spinale, la speranza è quella di poterne curare le lesioni per riabilitare le persone che hanno perso alcune funzionalità motorie a causa di lesioni

Ora la sfida è applicare la tecnica ad animali più grandi e possibilmente anche all’uomo, per verificare che la procedura di rigenerazione sia efficacie anche nel caso di lesioni più estese di pochi millimetri. Dalla sezione scienze è tutto, per ora speriamo solo che si arrivi presto ad aiutare con la stampa 3D le persone che hanno subito gravi incidenti.