Nel Laboratorio RAMSES è attiva una piattaforma di Bioprinting per:
Ingegneria tissutale e medicina rigenerativa personalizzata: si possono realizzare unità strutturali che “mimano” i tessuti umani a scopo rigenerativo.
Studio di patologie: la biostampa consente la fabbricazione di modelli 3D che riproducono gli aspetti chiave della complessità dei tessuti e degli organi in vivo, rendendoli adatti allo studio di patologie umane.
Screening di farmaci: I tessuti biostampati possono essere utilizzati quali sistemi di screening di farmaci al fine di fornire un modello più rappresentativo di quello che avviene in vivo rispetto alle colture tradizionali in 2D.
Pianificazione preoperatoria: E’ possibile stampare modelli anatomici in 3D per la pianificazione preoperatoria al fine di gestire meglio la comunicazione medico-paziente e le attività di organizzazione dell’intervento chirurgico
3D Bioprinter
ll laboratorio offre un servizio di biostampa con materiali naturali o di sintesi e diverse popolazioni cellulari attraverso la combinazione di multiple tecnologie di stampa in un singolo processo in ambiente sterile controllato. La piattaforma presente è costituita da due apparecchiature: 3D Discovery, una stampante che costruisce i dispositivi attraverso la polimerizzazione di idrogeli cellularizzati o meno, sostanze in grado di supportare la crescita di varie tipologie cellulari, o l’utilizzo di polimeri termoplastici per la realizzazione di scaffolds e modelli 3D; 3D Discovery Evolution, che, oltre alle già menzionate tecnologie, permette la realizzazione di costrutti con dimensioni caratteristiche sub-micro/nanometriche attraverso l’utilizzo di tecnologia di electrospinning/writing sia da fuso che in soluzione.
I prodotti ottenuti sono utilizzabili per applicazioni di ingegneria tissutale e medicina rigenerativa personalizzata, studio di patologie, screening di farmaci e pianificazione preoperatoria.
Grazie allo sviluppo del settore del «rapid prototyping» sono emerse sul mercato nuove tecniche di fabbricazione che rispondono alla tipologia dell’ «additive manufacturing» (AM), basate sulla progressiva sovrapposizione di strati di materiale. Tali tecnologie consentono di ottenere impianti custom made, ovvero personalizzati. Attraverso l’innovativa tecnica di Bioprinting, è possibile includere popolazioni cellulari e molecole bioattive all’interno del biomateriale, garantendo così una completa ed omogenea distribuzione cellulare all’interno dei costrutti.
Con la biostampa è possibile creare tessuti in grado di ricapitolare fedelmente aspetti dei tessuti umani, come ad esempio architettura, organizzazione cellulare, interazioni cellula-cellula e cellula-matrice e caratteristiche di diffusione che presentano una maggiore rilevanza fisiologica.
Il 3D Bioprinting consente di realizzare:
1) Costrutti ingegnerizzati per un utilizzo in medicina rigenerativa
2) Modelli per lo studio di patologie
3) Modelli per lo screening di farmaci
4) Modelli per la pianificazione di interventi chirurgici
Tecnologia di elettrospinning
Realizzazione di un prototipo di menisco cellularizzato
La tecnologia di bioprinting in dotazione all'Istituto Ortopedico Rizzoli è stata utilizzata per la realizzazione di sostituti tessutali e per l'allestimento di un modello sperimentale di patologia.
a) Sostituti tissutali. Sono stati realizzati diversi prototipi quali il menisco, la membrana sinoviale e il labrum acetabolare. Le strutture sono state modellate a partire da dati di risonanza magnetica, attraverso opportuni software. Successivamente i prototipi sono stati realizzati includendo cellule staminali mesenchimali umane all’interno di diversi tipi di bioinks per mimare al meglio la componente biologica dei diversi tessuti. Test in vitro effettuati tramite Live and Dead Assay hanno mostrato una elevata vitalità e proliferazione cellulare fino a 28 giorni in coltura. I costrutti realizzati sono stati utilizzati per successivi studi in vitro ed in vivo volti a possibili applicazioni cliniche.
b) Modello 3D di Osteosarcoma. E'' stato realizzato un modello 3D di osteosarcoma umano utilizzando un bioink a base di collagene e cellule di linea tumorale ossea. Il modello di coltura realizzato ha mostrato risultati riproducibili rispecchiando maggiormente le caratteristiche maligne della patologia rispetto alle classiche condizioni di coltura in monostrato rappresentando così uno strumento promettente per la ricerca sull'osteosarcoma e per lo screening di farmaci.
Applied and Translational Research center (ATRc); SC Radiologia Diagnostica ed Interventistica; SSD Laboratorio di Oncologia Sperimentale, IRCCS Istituto Ortopedico Rizzoli, Bologna.
I risultati ottenuti hanno portato alla realizzazione di pubblicazioni scientifiche e sono stati presentati in numerosi eventi internazionali, portando al rafforzamento del network di collaborazioni scientifiche con altri enti e aziende del settore.
file STL; menisco a base di collagene; vitalità delle cellule nel costrutto