Un team internazionale di ricercatori suggerisce che i progressi nel campo della bioingegneria potrebbero portare a risultati più naturali nella chirurgia ricostruttiva. Gli scienziati hanno scoperto che il tessuto adiposo potrebbe svolgere un ruolo fondamentale nella stampa 3D di pelle vivente multi-strato e, potenzialmente, anche di follicoli piliferi. Utilizzando cellule adipose e strutture di supporto ottenute dal tessuto umano attraverso processi clinici, il team è riuscito a riparare con precisione le lesioni nei ratti. Questa scoperta potrebbe avere un impatto significativo sulla chirurgia ricostruttiva facciale e sulle terapie per la crescita dei capelli negli esseri umani.
I risultati del team sono stati pubblicati su Bioactive Materials. L’Ufficio Brevetti e Marchi degli Stati Uniti ha concesso al team un brevetto a febbraio per la tecnologia di biostampa sviluppata e utilizzata in questo studio.
“Il risultato della chirurgia ricostruttiva per correggere traumi al viso o alla testa causati da infortuni o malattie è solitamente imperfetto, risultando in cicatrici o perdita permanente dei capelli”, ha affermato Ibrahim T. Ozbolat, professore di scienze dell’ingegneria e meccanica, di ingegneria biomedica e di neurochirurgia alla Penn State, che ha guidato la collaborazione internazionale che ha condotto il lavoro. “Con questo lavoro, dimostriamo la possibilità di biostampare pelle a pieno spessore con il potenziale di far crescere i capelli nei ratti. Questo è un passo avanti verso la possibilità di ottenere una ricostruzione del viso e della testa dall’aspetto più naturale e esteticamente gradevole negli esseri umani.”
Mentre gli scienziati hanno precedentemente biostampato strati sottili di pelle, Ozbolat e il suo team sono i primi a stampare intraoperatoriamente un sistema completo e vivente di più strati di pelle, incluso lo strato più profondo o ipoderma. Intraoperatoriamente si riferisce alla capacità di stampare il tessuto durante l’intervento chirurgico, il che significa che l’approccio può essere utilizzato per riparare immediatamente e senza soluzione di continuità la pelle danneggiata, hanno detto i ricercatori. Lo strato superiore, l’epidermide che funge da pelle visibile, si forma con il supporto dello strato intermedio da solo, quindi non richiede la stampa. L’ipoderma, composto da tessuto connettivo e grasso, fornisce struttura e supporto sopra il cranio.
I ricercatori hanno iniziato con tessuto adiposo umano, ottenuto da pazienti sottoposti a interventi chirurgici al Penn State Health Milton S. Hershey Medical Center. Il collaboratore Dino J. Ravnic, professore associato di chirurgia nella Divisione di Chirurgia Plastica alla Penn State College of Medicine, ha guidato il suo laboratorio nell’ottenimento del grasso per l’estrazione della matrice extracellulare, la rete di molecole e proteine che fornisce struttura e stabilità al tessuto, per realizzare un componente del bioinchiostro.
Il team di Ravnic ha anche ottenuto cellule staminali, che hanno il potenziale di maturare in diversi tipi di cellule se fornite l’ambiente corretto, dal tessuto adiposo per realizzare un altro componente del bioinchiostro. Ogni componente è stato caricato in uno dei tre scomparti della biostampante. Il terzo scomparto è stato riempito con una soluzione coagulante che aiuta gli altri componenti a legarsi correttamente al sito lesionato.
“I tre scomparti ci permettono di co-stampare la miscela di matrice-fibrinogeno insieme alle cellule staminali con un controllo preciso”, ha detto Ozbolat. “Abbiamo stampato direttamente nel sito della lesione con l’obiettivo di formare l’ipoderma, che aiuta nella guarigione delle ferite, nella generazione dei follicoli piliferi, nella regolazione della temperatura e altro ancora.”
Sono stati ottenuti sia lo strato ipodermico che quello dermico, con l’epidermide che si forma da sola entro due settimane.
“Abbiamo condotto tre serie di studi sui ratti per comprendere meglio il ruolo della matrice adiposa, e abbiamo scoperto che la co-consegna della matrice e delle cellule staminali era fondamentale per la formazione dell’ipoderma”, ha detto Ozbolat. “Non funziona efficacemente solo con le cellule o solo con la matrice, deve essere allo stesso tempo.”
Hanno anche scoperto che l’ipoderma conteneva abbassamenti, la fase iniziale della formazione precoce dei follicoli piliferi. Secondo i ricercatori, sebbene le cellule adipose non contribuiscano direttamente alla struttura cellulare dei follicoli piliferi, sono coinvolte nella loro regolazione e manutenzione.
“Nei nostri esperimenti, le cellule adipose potrebbero aver modificato la matrice extracellulare per essere più favorevole alla formazione di abbassamenti”, ha detto Ozbolat. “Stiamo lavorando per avanzare in questo, per maturare i follicoli piliferi con densità, direzionalità e crescita controllate.”
Secondo Ozbolat, la capacità di far crescere i capelli con precisione in siti lesionati o malati di trauma può limitare l’aspetto naturale della chirurgia ricostruttiva. Ha detto che questo lavoro offre un “percorso di speranza”, specialmente in combinazione con altri progetti del suo laboratorio che coinvolgono la stampa di ossa e l’indagine su come abbinare la pigmentazione attraverso una gamma di tonalità della pelle.