La nuova tecnica di stampa 3D sta generando repliche anatomicamente accurate dei vasi sanguigni in sole due ore e potrebbe essere utilizzata per testare nuovi farmaci senza ricorrere alla sperimentazione sugli animali.
Vasi sanguigni stampati in 3D su vetro che imitano l’anatomia dei vasi sanguigni e la dinamica dei fluidi del flusso sanguigno potrebbero rivelarsi uno strumento prezioso per studiare le cause dell’ictus, secondo una nuova ricerca condotta da un team dell’Università di Sydney, che ha già portato a importanti scoperte.
La tecnologia, pubblicata su Advanced Materials, potrebbe anche aiutare a testare nuovi farmaci su misura per pazienti con specifiche condizioni di salute.
Le malattie cardiovascolari sono attualmente la principale causa di mortalità in Australia: circa ogni 12 minuti una persona perde la vita a causa di una malattia cardiaca. Nonostante esistano metodi diagnostici consolidati per le malattie cardiovascolari, non esiste un metodo per prevedere precocemente gli eventi che portano alla formazione di coaguli di sangue nelle arterie carotidi.
“Non stiamo solo stampando vasi sanguigni: stiamo stampando speranza per milioni di persone a rischio di ictus in tutto il mondo. Con il supporto e la collaborazione continui, miriamo a rendere la medicina vascolare personalizzata accessibile a ogni paziente che ne abbia bisogno” – ha affermato il dottorando Charles Zhao della Facoltà di Ingegneria Biomedica.
Il modello ricrea repliche anatomicamente accurate di aree sane e malate dei vasi sanguigni. Tra queste, la delicata anatomia dei vasi sanguigni e le ammaccature e le cavità sul rivestimento danneggiato della parete dei vasi sanguigni, una patologia comunemente osservata nei pazienti colpiti da ictus.
I ricercatori hanno utilizzato le TAC di pazienti colpiti da ictus come modelli per creare mini-modelli, riducendo il 3D originale dell’arteria carotide a 200-300 micrometri. Un’arteria carotide a grandezza naturale ha un diametro compreso tra 5 e 7 mm. I ricercatori sono riusciti anche ad accorciare il tempo di produzione da 10 a due ore. Gli stampi tradizionali per la stampa 3D utilizzano la resina, un metodo che richiede molto tempo e presenta un alto tasso di errore. Ma i ricercatori hanno sviluppato un nuovo metodo che utilizza come base i vetrini. Da lontano, i vasi sanguigni sembrano delicate incisioni sul vetro. “Quando si tratta di diagnosi di infarto e ictus, velocità e precisione sono fondamentali”, afferma Charles, primo studente laureato e membro fondatore del Mechanobiology and Biomechanics Laboratory (MBL). In genere, i medici hanno a disposizione una finestra decisionale di circa 12 ore dopo l’insorgenza dei sintomi.
Un gemello fisico dei vasi sanguigni dei pazienti – Il metodo “arteria su chip” ha imitato con successo l’aspetto fisico dei vasi sanguigni e le simulazioni del flusso sanguigno hanno generato una dinamica dei fluidi e un movimento simili a quelli del flusso sanguigno naturale. Questo dettaglio è cruciale perché nelle persone a rischio di malattie cardiache il sangue è più viscoso, il che influisce sul modo in cui scorre attraverso i vasi.
“Si tratta del primo progetto di bioingegneria del suo genere in Australia e il nostro lavoro mira a colmare due lacune cruciali nella diagnosi e nella prevenzione delle malattie cardiache, senza ricorrere alla sperimentazione sugli animali”, ha affermato il dott. Zihao Wang, ingegnere capo post-dottorato del gruppo MBL. “C’è ancora molto che non sappiamo sull’interno dei nostri vasi sanguigni e su cosa crei la cascata di eventi che porta alla formazione di coaguli di sangue, e attualmente non esistono piattaforme di test su misura che possano essere adattate ai pazienti. Non esistono due pazienti biologicamente identici e ognuno presenta differenze nella struttura dei vasi sanguigni e nel sangue, il che influenza il rischio di malattie trombotiche e le opzioni terapeutiche.”
Durante i test, i ricercatori hanno potuto osservare, in tempo reale e al microscopio, la formazione di coaguli di sangue e il comportamento delle piastrine, che sono un componente cruciale coinvolto nella coagulazione del sangue che potrebbe portare a un ictus. La tecnologia ha rivelato che l’attrito e la forza creati dal flusso sanguigno contro il rivestimento dei vasi sanguigni svolgono un ruolo fondamentale nel movimento delle piastrine, che regolano la coagulazione. Questo avviene in caso di ipertensione e aterosclerosi, una malattia delle arterie.
Nelle aree in cui i vasi sanguigni erano sottoposti a elevati livelli di stress, i ricercatori hanno scoperto che il movimento delle piastrine era da 7 a 10 volte maggiore. Il responsabile del laboratorio e autore principale, il professor Arnold Ju, ha affermato di aver creato un “gemello fisico” dei vasi sanguigni dei pazienti, una replica esatta in miniatura che si comporta come quella reale.
“La nostra prossima frontiera è integrare l’intelligenza artificiale con la nostra piattaforma di biofabbricazione per creare veri e propri ‘gemelli digitali’ in grado di prevedere gli ictus prima che si verifichino, passando dal trattamento reattivo alla prevenzione proattiva”, afferma Helen Zhao, scienziata digitale post-dottorato e responsabile operativa del laboratorio MBL Ju.
“Immaginate un futuro in cui potremo effettuare una TAC a un paziente, stampare rapidamente un modello dei suoi vasi sanguigni, testare la sua risposta ematica e utilizzare l’intelligenza artificiale per prevedere il rischio di ictus con anni di anticipo.” Il professor Ju ha affermato che il lavoro è il frutto di eccezionali sforzi collaborativi tra la Facoltà di Ingegneria biomedica dell’Università di Sydney, il Charles Perkins Centre e l’Heart Research Institute.
fonte: Università di Sydney – nella foto: Il Dott. Zihao Wang tiene in mano il dispositivo per vasi sanguigni stampato in 3D e assemblato. Crediti: Università di Sydney / Fiona Wolf
