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Prima cornea artificiale

INGEGNERIA E TECNOLOGIAPrima cornea artificiale

Gli scienziati hanno per la prima volta bioingegnerizzato una cornea umana utilizzando una tecnica di stampa 3D che può essere una spinta per i trapianti di cornea.

La cornea è lo strato più esterno trasparente a forma di cupola dell'occhio. La cornea è la prima lente attraverso la quale la luce passa prima di colpire la retina nella parte posteriore dell'occhio. La cornea svolge un ruolo molto importante nella focalizzazione della visione trasmettendo la luce rifrangente. Fornisce inoltre protezione ai nostri occhi e qualsiasi danno o lesione può causare gravi danni alla vista e persino cecità. Secondo l'OMS, circa 10 milioni di persone in tutto il mondo necessitano di un intervento chirurgico per prevenire la cecità corneale causata da una malattia come il tracoma o da alcuni disturbi agli occhi. Cinque milioni di persone soffrono di cecità totale causata da cicatrici della cornea dovute a ustioni, abrasioni o altre condizioni. L'unico trattamento per una cornea danneggiata è ricevere una trapianto di cornea, tuttavia, la domanda supera l'offerta nei trapianti di cornea. Inoltre, ci sono molti rischi/complicazioni associati ai trapianti di cornea tra cui infezioni agli occhi, uso di punti, ecc. Il problema più significativo e serio è che a volte il tessuto del donatore (di cornea) viene rifiutato dopo che il trapianto è stato eseguito. Questa è una situazione precaria e, sebbene rara, si verifica nel 5-30% dei pazienti.

La prima cornea umana stampata in 3D

In uno studio pubblicato Ricerca sperimentale dell'occhio, gli scienziati dell'Università di Newcastle, nel Regno Unito, hanno utilizzato per il tempo la tecnica di stampa tridimensionale (3D) per produrre o "fabbricare" la cornea per l'occhio umano e questo potrebbe essere un vantaggio per ottenere cornee per il trapianto. Utilizzando la consolidata tecnologia di bioprinting 3D, i ricercatori hanno utilizzato cellule staminali (di cornea umana) da una cornea sana di un donatore e li hanno mescolati con alginato e collagene per creare una soluzione che potesse essere stampata. Questa soluzione chiamata bio-inchiostro è il requisito più importante per stampare qualsiasi cosa in 3D. Il bioprinting è un'estensione della stampa 3D tradizionale ma applicata a materiali viventi biologici ed è per questo che è necessario utilizzare un bio-inchiostro composto da "strutture cellulari viventi". Il loro gel unico, composto da alginato e collagene, è in grado di mantenere in vita le cellule staminali e allo stesso tempo di produrre un materiale abbastanza solido da mantenere una forma, ma ancora morbido da poter essere spremuto fuori da una stampante 3D. I ricercatori hanno utilizzato una bio-stampante 3D semplice ed economica in cui il bio-inchiostro che hanno preparato è stato organizzato con successo in cerchi concentrici per formare la forma a cupola di un cornea artificiale. È stata ottenuta la caratteristica "forma curva" della cornea che rende questo studio un successo. Questa procedura di stampa ha richiesto meno di 10 minuti. Le cellule staminali sono state quindi viste crescere.

Da quando la popolarità della biostampa 3D è aumentata, i ricercatori hanno cercato di trovare il bioinchiostro ideale più adatto per realizzare cornee in modo fattibile ed efficiente. Questo gruppo dell'Università di Newcastle ha preso l'iniziativa e l'ha raggiunto. Lo stesso gruppo di ricercatori ha precedentemente dimostrato di aver mantenuto in vita le cellule per diverse settimane a temperatura ambiente all'interno di un semplice gel di alginato e collagene. Con questo studio sono stati in grado di trasferire questa cornea utilizzabile con cellule che rimangono vitali all'83 percento per una settimana. Quindi, i tessuti potrebbero essere stampati senza la preoccupazione se cresceranno o meno (cioè rimarranno in vita) poiché entrambe le cose sono realizzabili nello stesso mezzo.

Realizzare una cornea specifica per il paziente

I ricercatori hanno anche dimostrato in questo studio che la cornea potrebbe essere costruita per soddisfare le esigenze uniche di ogni paziente. In primo luogo, viene scansionato l'occhio del paziente che genera dati per abbinare la "corna stampata" alla forma e alle dimensioni esatte richieste. Le dimensioni sono prese dalla cornea stessa, il che rende la stampa altamente accurata e fattibile. La tecnologia di stampa 3D è stata testata nella produzione artificiale cuore e alcuni altri tessuti. In passato sono stati creati tessuti piatti, ma secondo gli autori questa è la prima volta che vengono prodotte cornee "sagomate". Sebbene questo metodo richieda ancora una cornea sana del donatore, le cellule staminali vengono utilizzate con successo per crescere in più cellule nella cornea artificiale. Una cornea sana semplicemente non "sostituirà" una danneggiata, ma potremmo far crescere abbastanza cellule da una cornea donata per stampare 50 cornee artificiali. Questo sarà uno scenario molto più vantaggioso rispetto a un solo trapianto.

Futuro

Questo studio è ancora in una fase preliminare e le cornee stampate in 3D devono essere ulteriormente valutate. I ricercatori affermano che il loro lavoro impiegherà diversi anni prima che una tale cornea artificiale possa essere utilizzata per i trapianti perché devono ancora essere effettuate prove sugli animali e sull'uomo. Deve anche essere verificato se questo materiale è funzionale ed è necessaria molta messa a punto. I ricercatori sono fiduciosi che queste cornee artificiali saranno disponibili per l'uso pratico entro i prossimi 5 anni. La disponibilità della tecnologia di stampa 3D non è un problema ora poiché è diventata poco costosa e la biostampa sta emergendo bene e potrebbero essere disponibili procedure standard nel giro di pochi anni. Ora si sta puntando maggiormente sull'utilizzo delle cellule staminali per ricostruire o sostituire i tessuti danneggiati, mentre l'aspetto della stampa del metodo è per lo più semplificato.

Questo studio è un passo significativo verso una soluzione che può darci una fornitura illimitata di cornee per il trapianto in tutto il mondo. Inoltre, i ricercatori di un'azienda italiana stanno pensando alla creazione di "occhi stampati in 3D" che sarebbero costruiti in modo simile utilizzando il potenziale bio-inchiostro che comprende le ovvie cellule necessarie per sostituire quelle che si trovano in un set naturale di occhi . I bio-inchiostri possono essere variati in diverse combinazioni a seconda del requisito specifico. Mirano ad avere questi "occhi artificiali" sul mercato entro il 2027. Lo studio ha prodotto la forma più avanzata di cornea artificiale e ha evidenziato il bioprinting come potenziale soluzione alla carenza di organi e tessuti.

***

{Puoi leggere il documento di ricerca originale facendo clic sul collegamento DOI indicato di seguito nell'elenco delle fonti citate}

Fonte (s)

Isaacson A et al. 2018. Bioprinting 3D di un equivalente dello stroma corneale. Ricerca sperimentale dell'occhio.
https://doi.org/10.1016/j.exer.2018.05.010

Squadra SCIEU
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