Cosa non può costruire una stampante 3D? Il numero di possibili risposte a questa domanda si è ridotto in modo esponenziale negli ultimi anni, poiché le macchine ad alta tecnologia continuano a sfornare oggetti solidi dopo oggetto da progetti di computer.
Solo gli ultimi mesi hanno visto innumerevoli nuovi prodotti e prototipi che abbracciano una vasta gamma di settori, dai tacchetti da calcio alle penne, alle parti di razzi d'acciaio e alle pistole. Il mese scorso, la tecnologia ha contribuito a sostituire il 75% del cranio danneggiato di una persona e questa settimana ha ripristinato il volto di un uomo dopo aver perso la metà di un cancro quattro anni fa.
Oggi, un nuovo studio suggerisce che un materiale stampato in 3D potrebbe un giorno imitare il comportamento delle cellule nei tessuti umani. Il dottorando Gabriel Villar e i suoi colleghi dell'Università di Oxford hanno sviluppato piccoli solidi che si comportano come farebbero i tessuti biologici. Il materiale delicato ricorda fisicamente il cervello e il tessuto adiposo e ha la consistenza della gomma morbida.
Per creare questo materiale, una macchina da stampa 3D appositamente progettata ha seguito un diagramma programmato dal computer ed espulso decine di migliaia di singole goccioline secondo una specifica rete tridimensionale. Come visto nel video sopra, i suoi ugelli si muovevano in varie angolazioni per stabilire la posizione di ogni minuscola perla. Ogni goccia pesa circa un picolitro, ovvero un trilionesimo di litro, un'unità utilizzata per misurare la dimensione delle goccioline delle stampanti a getto d'inchiostro, la cui tecnologia degli ugelli funziona in modo molto simile per consolidare piccoli punti di liquido in immagini complete e parole su carta.
Le goccioline di liquido contenevano sostanze biochimiche trovate nelle cellule dei tessuti. Ricoperto di lipidi — grassi e oli— i minuscoli scomparti acquosi si unirono, formando una forma coesiva e autoportante, con ciascuna perlina divisa da una sottile membrana singola simile ai doppi strati lipidici che proteggono le nostre cellule.
Diverse reti di goccioline stampate in 3D. Immagine gentilmente concessa da Gabriel Villar, Alexander D. Graham e Hagan Bayley (Università di Oxford)
Le forme che formavano le goccioline stampate rimasero stabili per diverse settimane. Se i ricercatori scuotessero leggermente il materiale, le goccioline potrebbero spostarsi, ma solo temporaneamente. Il tessuto ingegnerizzato è tornato rapidamente nella sua forma originale, un livello di elasticità che i ricercatori dicono sia paragonabile alle cellule dei tessuti molli nell'uomo. L'intricato reticolo dei doppi strati lipidici di una rete sembrava tenere insieme le "cellule".
In alcune reti di goccioline, la stampante 3D ha incorporato i pori nella membrana lipidica. I fori imitavano i canali proteici all'interno delle barriere che proteggono le cellule reali, filtrando le molecole importanti per la funzione cellulare dentro e fuori. I ricercatori hanno iniettato nei pori un tipo di molecola importante per la comunicazione cellula-cellula, una che trasmette segnali a numerose cellule affinché funzionino insieme come gruppo. Mentre il materiale stampato in 3D non è in grado di replicare esattamente come le cellule propagano i segnali, i ricercatori affermano che il movimento della molecola attraverso percorsi definiti assomigliava alla comunicazione elettrica dei neuroni nel tessuto cerebrale
L'acqua permeava prontamente le membrane della rete, anche quando i pori non erano integrati nella sua struttura. Le goccioline si gonfiarono e si restrinsero a causa del processo di osmosi, cercando di stabilire un equilibrio tra la quantità di acqua contenuta e la quantità che li circondava all'esterno. Il movimento dell'acqua era sufficiente per sollevare le goccioline dalla gravità, tirandole e piegandole, imitando l'attività simile al muscolo nei tessuti umani.
I ricercatori sperano che queste reti di goccioline possano essere programmate per rilasciare farmaci a seguito di un segnale fisiologico. Le cellule stampate potrebbero un giorno essere integrate anche in tessuti danneggiati o in avaria, fornendo ponteggi aggiuntivi o addirittura sostituendo celle difettose, forse addirittura soppiantando alcuni dei 1, 5 milioni di trapianti di tessuti che si verificano negli Stati Uniti ogni anno. Il potenziale sembra maggiore per i trapianti di tessuto cerebrale, poiché gli ingegneri medici stanno attualmente cercando di far crescere le cellule cerebrali in laboratorio per curare malattie progressive come la malattia di Huntington, che distrugge lentamente le cellule nervose.
Che si tratti di tessuto umano in crescita o di orecchie intere, la tecnologia di stampa 3D è in pieno campo nel campo della medicina e innumerevoli ricercatori salteranno senza dubbio sul carro nei prossimi anni.
