Victoria Zavyalova, Russia Beyond THe headlines

Cara, ti ho stampato la tiroide

È stata trapiantata su topi di laboratorio la prima tiroide realizzata con bio-stampanti. I richiedenti fanno la fila
L'azienda russa Bioprinting solutions è pronta a produrre tiroidi umane con stampanti 3D. A dare il via alla produzione saranno i risultati degli esperimenti condotti sui topi su cui gli scienziati
trapianteranno la prima tiroide prodotta con biostampante.

Nei laboratori dell'azienda russa Bioprinting Solutions a marzo di quest'anno un team di ricercatori è riuscito per la prima volta a realizzare con una biostampante una tiroide, o come viene definita dagli esperti, un "costrutto organico". Ora i ricercatori prevedono di trapiantare la tiroide stampata in 3D sui topi. Gli esiti dell'esperimento verranno presentati a luglio al Congresso internazionale sulla biostampa che si terrà a Singapore. Il direttore del laboratorio, Vladimir Mironov, ha affermato, in un'intervista rilasciata a Rbth, di non nutrire dubbi sul successo dell'esperimento.

I ricercatori della Bioprinting Solutions, fondata a Mosca nel settembre 2013, sono già pronti a stampare anche tiroidi umane. A tale scopo utilizzeranno cellule umane, tireociti e follicoli tiroidei.
I ricercatori della Bioprinting Solutions, Mosca, Russia
Secondo i dati in possesso dall'Oms, a soffrire di patologie legate alla tiroide sarebbero nel mondo 665 milioni di persone. In Russia il numero di pazienti colpiti da malattie tiroidee si aggira sui 140mila e ogni anno gli interventi di asportazione della tiroide ammonterebbero a 10mila.

Inoltre le disfunzioni provocate da tumori non possono essere risolte mediante terapie farmacologiche e sui pazienti oncologici, come spiega l'oncologo Andrei Poliakov, direttore del reparto di Microchirurgia dell'Istituto oncologico Herzen di Mosca, risulta impossibile eseguire un trapianto da donatori di organi e tessuti. "Ciò è dovuto al fatto che bisognerebbe tenere i pazienti sotto immunosoppressori con la conseguenza che l'abbassamento delle difese immunitarie provocherebbe l'avanzamento del tumore", precisa Poliakov. A suo avviso, con il trapianto di organi e tessuti realizzati con bio-stampanti 3D ciò non sarebbe più necessario.

665 milioni di persone nel mondo soffrono di patologie legate alla tiroide

Che cosa viene bio-stampato
alla Bioprinting Solutions?

Secondo gli scienziati non è corretto parlare di "organi", bensì di "costrutti organici"
Gli scienziati definiscono gli oggetti biostampati non organi, bensì "costrutti organici". Il fatto è che la tiroide biostampata non può essere inscritta nella classificazione gerarchica degli organismi viventi. Il sistema esistente riconosce soltanto molecole, tessuti, organi, sistemi organici e organismi. I ricercatori di Bioprinting Solutions hanno realizzato un'entità che esula da tale sistema.

"Un tessuto è un insieme di cellule strutturalmente simili. Un organo è costituito da un insieme di tessuti. Il costrutto organico che abbiamo realizzato è molto più vicino a un organo dal momento che si compone di diversi tipi di tessuti, possiede dei vasi sanguigni e le stesse caratteristiche e funzioni organiche", spiega Mironov.

Non è un caso che si sia scelto di stampare la tiroide: quest'organo ha una struttura relativamente semplice ed è molto pratico utilizzarlo negli esperimenti scientifici. La tiroide sarà quindi il primo organo a essere trapiantato in un uomo.

Aleksandr Mitryashkin, engenere, 3D Bioprinting Solutions
Elena Bulanova, Manager, 3D Printing Solution Lab

In che modo ci sono riusciti?

I ricercatori hanno adattato le tecnologie di stampa 3D già esistenti
I ricercatori di Bioprinting Solutions hanno utilizzato le tecnologie di stampa in 3D esistenti che consentono di produrre plastica, ceramica e metalli adattandole per la produzione di materiale biologico, ossia di cellule. Tale processo viene definito di creazione di forme oggettuali.

Le fasi del processo di biostampa sono le seguenti: si stende dapprima uno strato sottile di gel ricco di fibrina e poi a esso si mescolano dei mini-tessuti, sferoidi, che si compongono in una struttura tridimensionale.

L'idea della biostampa è venuta a Mironov dopo aver verificato che alcuni frammenti circolari del cuore di un embrione di pulcino potevano comporsi in tubi. Appariva chiaro che dei tessuti vivi si potevano "assemblare" da singole cellule o loro conglomerati.

Chi è Vladimir Mironov

Bioingegnere, inventore della tecnologia per la stampa di organi biofabbricati… Dopo aver conseguito nel 1977 la laurea in Farmacia alla Facoltà di Medicina dell'Università Statale di Ivanovo, è diventato professore ordinario presso il Dipartimento di Ingegneria biochimica dell'Università statale della Virginia. Negli Stati Uniti ha co-fondato due start-up mediche, Cardiovascular Tissue Technology e Cuspis.


Vladimir Mironov, bioingegnere

Che cos'è la biostampante?

Un robot capace di muoversi in tre dimensioni

La stampante originale, messa a punto dai ricercatori, non è un'apparecchiatura troppo complessa. Presenta tre elementi basilari: un dispositivo di posizione meccanico, un dispenser e un sistema di controllo. Nella sostanza una biostampante è un robot che può muoversi in tre direzioni, dotato di una siringa automatizzata per iniettare un idroigel o degli steroidi.

Al progetto della biostampa di organi stanno lavorando anche altre aziende internazionali, come per esempio Organovo negli Stati Uniti, Cyfuse in Giappone e Regenhu in Svizzera. La differenza è che nella tecnologia impiegata da Bioprinting Solutions, oltre al gel contenente le cellule, vengono utilizzati come materiale da costruzione anche sferoidi multicellulari.

"La richiesta per il brevetto e la biostampante di nostra costruzione l'abbiamo inoltrata già lo scorso anno", ha detto a Rbth Mironov.


La biostampante originale

Che cosa avverrà dei topi?

Il "costrutto organico" stampato verrà presto trapiantato nei topi
Il costrutto che è stato biostampato verrà trapiantato dagli scienziati nei topi. La procedura sarà simile a quella di un normale trapianto di organi. Ai topi, come a Chernobyl, è già stata "estirpata" la tiroide con l'aiuto di iodio radioattivo. L'effetto è stato che nel loro organismo i livelli ormonali sono crollati di colpo.

Nell'arco di un mese gli scienziati avranno modo di monitorare se davvero la ghiandola tiroidea originale cesserà di funzionare. "Verrà analizzato il livello di produzione dell'ormone della tiroxina che precipiterà come conseguenza della riduzione della funzionalità della tiroide" ha spiegato la direttrice del laboratorio Elena Bulanova.
Alla fine di aprile gli scienziati trapianteranno sui topi il costrutto organico stampato e monitoreranno il recupero del livello ormonale che sarà un segnale della ripresa del funzionamento della tiroide. Occorrerà un mese prima che l'organo si assesti.

Nella ricerca sono coinvolti topi da laboratorio CD-1. "Questi animali mostrano variazioni minime nella morfologia e nel comportamento" ha detto la Bulanova. "Saranno impiegati in tutto 12 animali: sei solo per il monitoraggio e altri sei che verranno sottoposti ai trapianti".

Quali possibilità di successo
avrà l'esperimento?

I costrutti organici stampati sono già utilizzati dalle industrie farmaceutiche
"Sul fatto che la tiroide possa funzionare non nutriamo dubbi. Temiamo, piuttosto, che si verifichi un'iperattività dell'organo, vale a dire una forma di ipertiroidismo", ritiene Mironov. A suo avviso, prima dell'inizio dell'esperimento erano già state prese in considerazione tutte le ipotesi teoriche ed erano state condotte delle ricerche morfometriche.



Elizaveta Kudan, ricercatrice associata, 3D Bioprinting Solutions
"Sul fatto che la tiroide possa funzionare non nutriamo dubbi"
I costrutti organici stampati sono già intensamente utilizzati dalle industrie farmaceutiche nelle ricerche sulla tossicità dei preparati farmaceutici, ha detto a Rbth Youssef Hesuani, direttore generale di Bioprinting Solutions. Così l'azienda californiana Organovo, insieme alla multinazionale farmaceutica Roche, ha testato un preparato, il cui nome per ora non è stato rivelato. "Si sa soltanto che il preparato monocellulare non ha effetti tossici, ma durante il test il costrutto 3D del fegato ha dato risultati contraddittori", ha detto Hesuani.

Youssef Hesuani
Direttore generale di Bioprinting Solutions
Vladimir Mironov:
"Gli organi che verranno biostampati in futuro saranno alla portata anche della gente comune"
In base alle vostre aspettative quali organi dovrebbero essere biostampati nei prossimi due, tre anni?

Tiroide, vasi sanguigni, pelle, capelli, e anche cartilagini, ossa e tessuto adiposo. Alcuni di essi sono già stati realizzati.

Secondo le sue stime, un organo biostampato dovrebbe costare circa 200-250mila dollari. Significa quindi che a poterne fare uso saranno solo persone molto facoltose?

La storia dello sviluppo tecnologico dimostra che, quando si realizza una produzione seriale e massiccia con un'ampia distribuzione sul mercato, i prezzi di qualunque prodotto ad alta tecnologia sono destinati col tempo a diventare non dieci, ma migliaia di volte più bassi.

Contate anche sulla domanda di clienti stranieri?

Sì, il mercato è globale. Nella sola Cina ci sono un milione e mezzo di persone che hanno un'estrema necessità di organi per i trapianti.

Ritiene che in Russia possa essere creata una struttura adeguata per il trapianto di organi biostampati?

Forse sì, ma occorre avviare una collaborazione congiunta tra enti statali e imprese private. Ciò richiederà degli investimenti nell'ordine di decine di milioni di dollari, ma consentirà col tempo al sistema sanitario del nostro paese di economizzare più denaro sulle cure ai malati. Un paese che oggi non investe nello sviluppo di determinate tecnologie è condannato in futuro ad acquistarle a caro prezzo.

L'evoluzione della biostampa

La storia dello sviluppo tecnologico dimostra che, quando si realizza una produzione seriale con un'ampia distribuzione, i prezzi di mercato diventano molto più bassi
2013

A trapiantare il primo fegato da cellule staminali nell'organismo di un topo è stato nel 2013 lo scienziato giapponese Takanori Takebe, che ha annunciato che creerà nel 2019 il primo fegato umano.
2014

Nel 2014 Sabine Costagliola della Libera Università di Bruxelles ha ottenuto dalle cellule staminali di embrioni di topo dei follicoli tiroidei che sono stati successivamente trapiantati nell'organismo dell'animale dove hanno cominciato a funzionare e a produrre l'ormone della tiroxina.
2015

Di recente Terry David ha fatto lo stesso con le cellule staminali di embrioni umani. Gli scienziati di Bioprinting Solutions si aspettano dai loro esperimenti che il tessuto della ghiandola tiroidea possa essere coltivato da cellule staminali pluripotenti indotte.

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Story by Victoria Zavyalova. Edited by Joseph Crescente & Vsevolod Pulya.
Photos provided by 3D Bioprinting Solutions lab.
Video edited by Vladimir Stakheev.
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