L’importanza della vascolarizzazione nel 3D Bioprinting e possibili strategie applicative

Il Bioprinting è tecnologia di stampa tridimensionale che consiste nella creazione di supporti per inchiostri carichi di cellule al fine di progettare dei costrutti che imitino le caratteristiche del tessuto naturale. Il vantaggio che offre è la possibilità di ricreare la complessità cellulare di specifici tessuti. Tramite l’impiego di questa tecnica si sono aperte nuove opportunità in ambito medico: nella medicina rigenerativa (per la creazione di strutture da impiantare), nella sperimentazione farmacologica (offrendo la possibilità di ricreare un ambiente più complesso di quello in vitro) e nella ricerca di base. I principali aspetti da prendere in considerazione di questa tecnologia sono le fonti cellulari da cui attingere, i materiali dedicati alla stampa e la tecnica di stampa stessa. Data la natura tridimensionale di un tessuto è di fondamentale importanza, per la sopravvivenza di quest’ultimo, avere una corretta vascolarizzazione. Fisiologicamente, il meccanismo che guida la creazione di nuovi vasi sanguigni viene definito come angiogenesi, meccanismo però relativamente lento rispetto al sistema di stampa. Al fine di perfondere i supporti generati si cerca quindi di ricreare un sistema vascolare, dedicando dello spazio alle cellule che andranno a colonizzare il tessuto per creare un letto di vasi. Per fare ciò si è pensato di indurre una fase di pre-vascolarizzazione, così da poter consentire l’inclusione dei nuovi vasi nel sistema vascolare dell’organismo. Esistono vari metodi per l’induzione come, per esempio, la creazione di supporti per il tessuto in cui vengono inclusi fattori angiogenetici che promuovono la proliferazione, la migrazione, la differenziazione e la maturazione. In letteratura sono reperibili diverse tecniche per la creazione di un tessuto vascolarizzato tra cui lo studio condotto da Koleski et al.; questo gruppo di ricerca è riuscito a stampare un tessuto con un sistema di vasi e con uno spessore maggiore di 1 cm. Inoltre, sfruttando il sistema vascolare creato, è riuscito ad iniettare trans-vascolarmente una miscela osteoinduttiva per la creazione di un tessuto osseo. È stata testata sia la creazione dei vasi ed il loro corretto funzionamento, sia la stabilità di questi, mantenuta dopo diverse settimane di perfusione in un bioreattore. Parallelamente a ciò, si sono concentrati sull’osservazione dell’osteo-differenziazione. In un altro studio, condotto da Datta et al., è invece stata evidenziata la possibilità di indurre la creazione di un sistema vascolare complesso in un tessuto spesso tramite l’utilizzo di VEGF, rilasciato in differenti modalità. Dopo aver verificato in vitro la funzionalità e la stabilità del sistema stampato, i ricercatori hanno impiantato il costrutto in modelli murini. Dopo una settimana il tessuto è stato recuperato e ne è stata verificata l’effettiva inclusione nel sistema vascolare del topo. Ciò che si è potuto notare è stato un importante aumento della vascolarizzazione nella regione in cui era stato impiantato il costrutto grazie al rilascio controllato di VEGF. Come evidenziato, il sistema vascolare è eterogeneo, gerarchico e molto complesso, motivo per cui le diverse tecniche sperimentate dovranno essere perfezionare al fine di superare le diverse sfide creatisi. In futuro ci si concentrerà maggiormente sulla scelta delle fonti cellulari e dei materiali di stampa, adottando anche stampe multimateriali per sopperire alle diverse necessità del tessuto.