Lunedì 2 settembre inizia la Settimana della donazione degli organi, un momento per sottolineare l’importanza della donazione degli organi e celebrare l’altruismo dei donatori. Attualmente oltre 6.300 persone nel Regno Unito sono in attesa di un trapianto di organi, e purtroppo ogni giorno circa tre persone muoiono nell’attesa. Come parte degli sforzi per aumentare il numero di donatori e ridurre alcune di queste morti evitabili, l’Inghilterra sta passando ad un sistema di “opt-out” nel 2020. A meno che non abbiano registrato una decisione di non donare, o siano in uno dei gruppi esclusi, tutti gli adulti in Inghilterra saranno considerati donatori di organi.
Mentre si spera che questo approccio porti ad una riduzione del tempo che un paziente deve aspettare per un organo adatto al trapianto, non affronta l’altro problema principale del trapianto – il rigetto. Il sistema immunitario del ricevente del trapianto riconosce gli organi del donatore come “estranei” e può attaccarli nel tentativo di eliminarli dal corpo. I farmaci immunosoppressori possono aiutare a minimizzare l’entità del rigetto, ma non sempre hanno successo a lungo termine e il loro uso comporta effetti avversi propri.
In un mondo ideale, non ci sarebbe bisogno di fare affidamento sugli organi dei donatori. Chiunque abbia bisogno di un trapianto riceverebbe un organo personalizzato generato in laboratorio dalle proprie cellule. Ciò significa nessuna attesa per un donatore umano e una minima possibilità di rigetto. Anche se questa può attualmente sembrare un’idea piuttosto futuristica, diversi gruppi di ricerca stanno facendo i primi passi per renderla un giorno una realtà.
Le tecnologie di bioprinting 3D sono al centro di molti di questi progetti. Basandosi sui principi della stampa 3D, il bioprinting utilizza bioinchiostri fatti da cellule per stampare tessuti viventi strato per strato. Una qualche forma di impalcatura è di solito coinvolta nel processo per sostenere e proteggere le cellule. Controllando attentamente quali cellule sono messe dove, il bioprinting può consentire la produzione di intricate strutture biologiche. Un certo numero di progetti sono in corso per sfruttare questa tecnologia per stampare tessuti umani funzionali, il primo passo per stampare un intero organo.
Il cuore
Scienziati della Carnegie Mellon University hanno recentemente dimostrato la capacità di stampare componenti del cuore in scala reale, compresi cardiomiociti, valvole cardiache e ventricoli. “Quello che abbiamo dimostrato è che possiamo stampare pezzi di cuore da cellule e collagene in parti che funzionano veramente, come una valvola cardiaca o un piccolo ventricolo pulsante”, ha spiegato Adam Feinberg, professore di ingegneria biomedica e scienza dei materiali e ingegneria in un comunicato stampa.
Utilizzando un idrogel appositamente sviluppato, i ricercatori sono stati in grado di superare una delle principali difficoltà associate alla stampa del collagene – impedire che si deformi. Il collagene è la proteina più abbondante nei tessuti umani, quindi la capacità di bioprintarlo efficacemente sarà importante anche nella creazione di organi diversi dal cuore.
“È importante capire che ci sono molti anni di ricerca ancora da fare”, ha aggiunto Feinberg. “Ma ci dovrebbe essere ancora l’eccitazione per il fatto che stiamo facendo progressi reali verso l’ingegneria di tessuti e organi umani funzionali, e questo documento è un passo avanti su questa strada”.

I polmoni

Una grande sfida nella creazione di tessuti e organi completamente funzionanti è essere in grado di fornire loro un sistema che può fornire un adeguato apporto di sangue e rimuovere in modo efficiente i prodotti di scarto. Un team di scienziati della Rice University ha recentemente progettato una tecnologia di bioprinting open-source – SLATE (Stero-lithography apparatus for tissue engineering) – che permette la creazione di una complessa vascolarizzazione.
Il team ha dimostrato le capacità della tecnologia con la bioprinting di sacchi d’aria che simulano i polmoni e che permettono il movimento di ossigeno simile allo scambio di gas che avviene nei sacchi d’aria alveolari dei polmoni umani. La tecnica può anche essere applicata al bioprinting di altri tessuti e strutture come le valvole bicuspidi del cuore.
“Con l’aggiunta della struttura multivascolare e intravascolare, stiamo introducendo un’ampia serie di libertà di progettazione per l’ingegneria dei tessuti viventi”, ha detto Jordan Miller, assistente professore di bioingegneria alla Rice University in un comunicato stampa che dettaglia il lavoro. “Ora abbiamo la libertà di costruire molte delle intricate strutture che si trovano nel corpo.”
Il rene

Seguendo la ricerca completata nel 2016, un team del Wyss Institute ha recentemente creato un modello di tubulo prossimale vascolarizzato 3-D che imita più pienamente la funzione di riassorbimento del rene umano. Nel modello, i tubuli perfusibili e i vasi sanguigni sono stampati adiacenti l’uno all’altro e sono in grado di comunicare. “Costruiamo questi dispositivi renali viventi in pochi giorni e possono rimanere stabili e funzionali per mesi”, ha detto il primo autore Neil Lin, in un comunicato stampa.
Il lavoro fa parte della 3D Organ Engineering Initiative del Wyss Institute, che riunisce ricercatori multidisciplinari con l’obiettivo di sviluppare tessuti e organi bioingegnerizzati trapiantabili.

Il lavoro è anche in corso da gruppi separati per bioprintare componenti di altri organi come il fegato, la pelle e la cornea.

Mentre questi esempi evidenziano i grandi sviluppi che sono stati fatti nell’essere in grado di stampare accuratamente tessuti funzionanti, ci vorrà probabilmente del tempo prima che sia possibile bioprintare interi organi adatti al trapianto. Passare dalle piccole e relativamente semplici strutture di tessuto a grandi e complessi organi completi richiederà ulteriori progressi in aree come l’integrazione della rete vascolare.
Una volta che gli ostacoli tecnici sono stati superati e gli organi completamente funzionanti possono essere bio-stampati con successo, i test di sicurezza e le politiche di regolamentazione possono anche aumentare i tempi prima che i pazienti possano ricevere un organo bio-stampato. Sebbene sia purtroppo improbabile che la biostampa possa aiutare i pazienti attualmente bisognosi di un trapianto d’organo, molti sono ottimisti sul fatto che ora si tratta di capire quando e non se i tessuti e gli organi bioprintati saranno disponibili e costituiranno un’opzione alternativa alla donazione di organi.