Nel Laboratorio RAMSES è attiva una piattaforma di Bioprinting destinata alla fabbricazione di dispositivi “custom made” per applicazioni di medicina rigenerativa dell’apparato muscoloscheletrico, o per realizzazione di modelli tissutali in vitro e di devices di possibile utilizzo clinico anche mediante funzionalizzazione chimica con molecole bioattive. Il sistema consente di stampare prodotti in tre dimensioni (3D), utilizzando immagini diagnostiche. I dispositivi possono essere ottenuti utilizzando diversi tipi di materiali, sostanze biologiche e/o cellule del tessuto, che possono essere incluse direttamente nel processo di stampa.
3D Bioprinter
ll laboratorio offre un servizio di stampa «customizzata» con materiali biomimetici di varia natura 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.
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 inlcudere popolazioni cellulari e molecole bioattive all’interno del biomateriale, garantendo così una completa ed omogenea distribuzione cellulare all’interno dei costrutti.
Il 3D Bioprinting consente di realizzare costrutti ingegnerizzati per un utilizzo in medicina rigenerativa. Mediante l’impiego di materiali biomimetici di diversa origine, sia naturali che di sintesi, è possibile produrre scaffolds e/o sostituti tissutali (osso, cartilagine etc..) impiantabili anche colonizzati con cellule. E’ possibile realizzare strutture complesse tipo organoidi al fine di testare l’efficacia di farmaci o molecole biologiche a scopo diagnostico o terapeutico. E’ prevista la possibilità di realizzare modelli per la pianificazione di interventi chirurgici complessi.
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 un prototipo di menisco. La struttura è stata modellata a partire da dati di risonanza magnetica, attraverso opportuni software. Successivamente il prototipo è stato realizzato includendo cellule staminali mesenchimali umani all’interno di un bioink a base di collagene tipo 1, per mimare al meglio la componente biologica del tessuto. Grazie ad un opportuno adattamento sia dei parametri che delle condizioni esterne di stampa, in modo da favorire la reticolazione e stabilità del collagene, è stato possibile ottenere una struttura fedele al modello progettato. Test in vitro effettuati tramite Live and Dead Assay hanno mostrato una elevata vitalità e proliferazione cellulare fino a 28 giorni in coltura. La dimostrazione di questo proof of concept risulta di rilievo per successivi studi in vitro ed in vivo volti a possibili applicazioni cliniche di rigenerazione tissutale.
Applied and Translational Research center (ATRc) e SC Radiologia Diagnostica ed Interventistica; 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 scientifche e con le aziende dell’Istituto.
file STL; menisco a base di collagene; vitalità delle cellule nel costrutto