La scoperta è avvenuta, come fanno tante scoperte, per caso.
Adam Jakus, allora ricercatore post-dottorato in scienze dei materiali presso la Northwestern University, stava lavorando con l '"inchiostro" biologico che il suo laboratorio usa per stampare ovaie in 3D. All'inizio di quest'anno, l'inchiostro di tessuto è stato utilizzato con successo per costruire ovaie che funzionavano effettivamente, portando alla nascita di cuccioli di topi sani. In piedi sotto la cappa del laboratorio, Jakus rovesciò il contenitore, rovesciandolo sul banco da laboratorio. Quando andò a ripulirlo, aveva formato un foglio solido.
"È stato fantastico", ha detto Jakus. “Se produci un nuovo biomateriale e non riesci a raccoglierlo o cade a pezzi quando lo raccogli, è inutile.
"Ho fatto spegnere questa lampadina - 'possiamo farlo con tutti gli altri tessuti con cui stiamo lavorando nel nostro laboratorio.'”
Quindi Jakus e i suoi colleghi iniziarono a testare la sua ipotesi. Hanno deliberatamente versato l'inchiostro o lo hanno fuso negli stampi per creare fogli piatti. Hanno testato vari tipi di bio-inchiostri, realizzati con diversi organi o tessuti. Per gli organi, si sono rivolti ai macellai locali a Chicago, comprando cuori di maiale, fegati di maiale e varie carni muscolari. Per creare gli inchiostri, hanno "decellularizzato" gli organi o i tessuti, il che significa che hanno rimosso le cellule, lasciandosi alle spalle le proteine strutturali note come matrice extracellulare. Questo processo era già ben consolidato dal lavoro del laboratorio con la stampa 3D. Gli organi decellularizzati furono quindi essiccati in polvere e combinati con un polimero, quindi gettati in carta.
I documenti risultanti contengono tracce delle sostanze chimiche e dell'architettura proteica degli organi da cui sono state realizzate. Le carte del cuore mantengono parte della loro "memoria del cuore", per così dire. Ciò significa che i documenti hanno il potenziale per stimolare le cellule vicine a comportarsi in modi specifici. Ciò potrebbe portare a una varietà di usi, che diversi laboratori della Northwestern hanno studiato.
Un laboratorio di scienze riproduttive all'università ha testato la carta velina ovarica per far crescere i follicoli ovarici (cellule che producono uova e ormoni). I follicoli coltivati su carta hanno prodotto con successo gli ormoni corretti. In teoria, una striscia di carta velina ovarica potrebbe essere impiantata sotto la pelle di una donna che ha perso la funzione ormonale a causa di malattia o chemioterapia, ripristinando potenzialmente la sua funzione ormonale e la sua fertilità.
Le carte potrebbero anche aiutare potenzialmente le ovaie stampate in 3D a fare il salto dai topi agli umani. Le ovaie dei topi hanno una sacca di grasso intorno a loro, il che rende facile impiantare un'ovaia stampata in 3D all'interno di un corpo di topo. Gli umani non hanno questo sacco grasso, quindi impiantare un'ovaia sarebbe molto più difficile. Ma le carte veline potrebbero essere usate per creare un sacco artificiale per poi impiantare un'ovaia stampata in 3D, dice Jakus.
Le carte dei tessuti muscolari potrebbero anche aiutare con la guarigione e la ricostruzione delle ferite.
"I chirurghi plastici hanno affermato che sarebbero stati perfetti per la riparazione e la rigenerazione dei muscoli facciali", afferma Jakus. "È sottile, quindi è perfetto per i muscoli piatti e intricati del viso."
Questo potrebbe aiutare le persone i cui muscoli facciali sono stati danneggiati da un trauma o da un intervento chirurgico di plastica, dice Jakus, così come per i bambini che sono nati con difetti congeniti del viso.
Le carte veline sembrano simili alla pasta fillo, afferma il coautore dello studio Ramille Shah, il capo del laboratorio in cui Jakus ha avuto la sua fuoriuscita accidentale. Quando sono asciutti, possono essere impilati in frigorifero o congelatore. Possono anche essere piegati molte volte - Jakus li ha piegati in piccoli uccelli origami. Se bagnate, le carte non si sfaldano come farebbe la carta della stampante, ma possono essere arrotolate, piegate, tagliate e cucite.
La medicina rigenerativa - creare nuovi organi e tessuti attraverso la stampa 3D e altre tecniche - è stata la fonte di molta eccitazione negli ultimi anni. Ha anche generato alcune polemiche, con i critici che si chiedono se le sue promesse sono state ipervendute, poiché la vera utilità per gli umani potrebbe essere molti anni lungo la strada.
Il prossimo passo per i nuovi documenti sarà la sperimentazione sugli animali, afferma Jakus. Stima che alcune carte veline, in particolare quelle muscolari, potrebbero essere utilizzate nelle sale operatorie entro cinque anni. Un uso umano per i fogli di ovaia potrebbe richiedere qualche anno in più, dice. In 20 anni Jakus afferma che gli piacerebbe vedere le carte velina utilizzate insieme alla tecnologia di stampa 3D per creare strutture biologiche complesse. Ad esempio, un osso stampato in 3D potrebbe essere circondato da muscoli e nervi di carta velina, ricreando una gamba gravemente danneggiata in un incidente. C'è anche il potenziale di utilizzare un giorno la tecnologia di stampa 3D e le carte velina insieme per creare organi completi per il trapianto.
"Realizzare le carte velina è stato relativamente semplice", afferma Jakus. "La parte difficile sta davvero nel testarli."
La ricerca è stata pubblicata all'inizio di questo mese sulla rivista Advanced Functional Materials .
