Advanced Healthcare Materials

Introduzione: Proteggere le isole pancreatiche dal sistema immune del ricevente incapsulandole con l’alginato è una strategia ampiamente studiata nel campo del trapianto di isole. Sia la macro che la microencapsulazione sono oggetti di sperimentazione, ma in entrambi i casi le isole rimangono vitali e funzionanti per un limitato periodo di tempo, e rimane critico il problema della diffusione di ossigeno e nutrienti. La stampa in 3D è una tecnica di produzione di scaffolds con macropori di dimensioni clinicamente rilevanti e cellule incorporate. I costrutti 3D ottenuti dovrebbero consentire una migliore diffusione dei nutrienti e soprattutto dell’ossigeno alle cellule integrate.
Obiettivo dello studio: Dimostrare che le isole stampate in 3D in una miscela di alginato e metilcellulosa sopravvivono e secernono insulina in risposta allo stimolo con glucosio.
Materiali e metodi: E’ stato utilizzato un materiale misto di alginato clinical grade e metilcellulosa (Alg/MC) per la stampa 3D di isole di ratto. Solo l’alginato è stato cross-linked con cationi divalenti (Sr2+), mentre la MC è rilasciata gradualmente dallo scaffold. Le diverse miscele di alginato sono state caratterizzate in termini di stabilità nel tempo, densità di cross-linking e permeabilità a glucosio e insulina. Le isole incorporate nello scaffold sono state analizzate per vitalità, produzione di insulina e glucagone, basalmente e sotto stimolo di glucosio.
Risultati: La diffusione di glucosio e insulina non è ridotta nella struttura in 3D. Le isole pancreatiche di ratto assemblate nello scaffold 3D a multi strato composto da una miscela al 3% di alginato e 9% di metilcellulosa sopravvivono, mantengono morfologia e localizzazione di α e β cellule e rispondono allo stimolo di glucosio fino a 7 giorni in coltura.
Conclusione: La stampa in 3D offre il vantaggio di combinare la macro-incapsulazione in un biomateriale immunoprotettivo, potenzialmente espiantabile, con la macroporosità, che potenzia la capacità di diffusione di ossigeno e nutrienti.
Commento editoriale: La stampa 3D ha portato enormi e significativi cambiamenti in diversi settori, consentendo di creare prototipi e oggetti di ogni genere. Oggi la nuova frontiera della medicina rigenerativa è la stampa in 3D di organi anche complessi, come cuore o rene, ai fini di trapianto. Questa tecnica offre straordinarie possibilità di combinare cellule e biomateriali in strutture 3D con morfologie che supportano la funzione. Nel caso delle isole pancreatiche la sfida è superare i limiti di micro e macroencapsulazione producendo un micro-organo contenente isole immuno-protette in grado però di ricevere l’ossigeno necessario e scambiare in maniera efficiente glucosio e insulina. Questo lavoro di Gelinsky e colleghi è solo uno dei numerosissimi studi nel campo usciti negli ultimi mesi, a riprova della vitalità del settore. L’integrazione di nuovi biomateriali, capaci anche di rilasciare molecole o farmaci, con nuove generazioni sempre più avanzate di stampanti 3D genera grandi aspettative.

A cura di Valeria Sordi e Margherita Occhipinti

Duin S, Schütz K, Ahlfeld T, Lehmann S, Lode A, Ludwig B, Gelinsky M. 3D Bioprinting of Functional Islets of Langerhans in an Alginate/Methylcellulose Hydrogel Blend. Epub 2019 Mar 5. Adv Healthc Mater. 2019 Apr;8(7):e1801631. doi: 10.1002/adhm.201801631