Modelli di pelle in 3D – una tecnologia all’avanguardia

I modelli di pelle umana prodotti con la bioprinting 3D sono già stati utilizzati nella ricerca medica. Tuttavia, sono necessari ulteriori sforzi di ricerca per aprire questa conquista tecnologica a un’immediata applicazione terapeutica clinica.

La pelle degli animali da laboratorio differisce nelle sue proprietà biologiche dalla pelle umana [1]. Questo riguarda, ad esempio, lo spessore dell’epidermide nella pelle murina o anche la contrattilità dermica dopo la ferita. Un modello tridimensionale di pelle umana a tutto spessore si è già affermato come sistema di test in vitro nella ricerca biomedica [1].

La guarigione delle ferite come area di applicazione della bioprinting 3D

La mappatura della ferita è un prerequisito per creare un modello strutturale bionico [5,6]. La modellazione tridimensionale e la tecnologia di imaging digitale vengono poi utilizzate per ottenere informazioni morfologiche sul difetto cutaneo, e viene creato un modello cutaneo stratificato utilizzando metodi di stratificazione adattivi per generare comandi di pressione appropriati (Fig. 1) [7]. I campioni di pelle vengono poi prelevati dal paziente per ottenere cheratinociti e fibroblasti dermici per il successivo ordinamento e arricchimento cellulare [8]. Per produrre il bio-inchiostro, si utilizza un rapporto ottimale tra sospensione cellulare e idrogel. Successivamente, la pelle viene bioprintata in 3D e trapiantata direttamente sulla superficie della ferita, oppure coltivata in condizioni adeguate per ottenere pelle matura da trapiantare. Hennessy et al. ha dimostrato che la struttura e la funzione dei sostituti cutanei a due strati è più simile alla pelle umana naturale rispetto ai sostituti cutanei a uno strato [9].

I ricercatori hanno prodotto un modello completo di pelle

Kim et al. sono riusciti a produrre un modello di pelle completo, composto da derma ed epidermide stratificati in modo molto simile alla pelle umana, utilizzando una stampante 3D combinata a estrusione e multigetto nel 2017 [3]. A tal fine, hanno costruito una struttura portante in policaprolattone e gelatina idrogel mediante estrusione di materiale e l’hanno impressa con fibroblasti dermici primari umani incorporati nel collagene. Questi passaggi sono stati ripetuti fino a raggiungere lo spessore desiderato della struttura di 3,5 mm. Uno strato finale di cheratinociti epidermici umani è stato applicato con la stampa a getto multiplo. Dopo due settimane di incubazione del tessuto artificiale, oltre a un comportamento di stiramento dei fibroblasti molto simile a quello della pelle umana, è stata dimostrata l’espressione del collagene e dei marcatori di differenziazione specifici del derma, tra le altre cose, come indicazioni di un tessuto cutaneo completamente prodotto artificialmente e fondamentalmente funzionale [4].

Letteratura:

1. Marquardt Y, Huth S, Baron JM: Ricerca dermatologica: possibili applicazioni dei modelli di pelle in 3D. Dtsch Arztebl 2020; 117(24): [20]; DOI: 10.3238/PersDerma.2020.06.12.05
2. Kocak E, Yildiz A, Acarturk F: Tecnologia di bioprinting tridimensionale: applicazioni nell’area farmaceutica e biomedica. Colloids Surf B Biointerfaces 2020; 197: 111396.
3. Kim BS, et al.: Stampa cellulare diretta in 3D di pelle umana con sistema transwell funzionale. Biofabrication 2017; 9(2):025034.
4. “Tecnologie di stampa 3D per la rigenerazione dei tessuti molli e duri”, 16/03/2022, www.zwp-online.info/fachgebiete/oralchirurgie/grundlagen/3d-druck-techno…,(ultimo accesso 07/12/2022).
5. Xu J, et al: Polymers 2020; 12(6): 1237. www.mdpi.com/2073-4360/12/6/1237
6. Augustine R: Bioprinting della pelle: un approccio nuovo per creare pelle artificiale da blocchi di costruzione sintetici e naturali. Prog. Biomater 2018; 7: 77-92.
7. Malik HH, et al: Stampa tridimensionale in chirurgia: una revisione delle attuali applicazioni chirurgiche. J Surg Res 2015; 199: 512-522.
8. Gutierrez-Rivera A, et al: Un protocollo per l’arricchimento della frazione di cellule stromali CD34+ attraverso la disaggregazione della pelle umana e la separazione magnetica. J Dermatol Sci 2010; 59: 60-62.
9. Hennessy R, Markey MK, Tunnell JW: J Biomed Opt 2015; 20: 27001.
10. “Paesaggio della ricerca in Svizzera. Ein technologisches Panorama”, www.satw.ch/fileadmin/user_upload/SATW_Forschungslandschaft_Schweiz_SBFI…,(ultimo accesso 07.12.2022).

PRATICA DERMATOLOGICA 2022; 32(6): 31