Un team di ricercatori ha scoperto che l’ipoderma potrebbe svolgere un ruolo fondamentale nella stampa 3D della pelle vivente multistrato e potenzialmente anche dei follicoli piliferi.
Biostampa in 3D per la formazione dell’ipoderma: una riparazione precisa delle lesioni
Utilizzando cellule adipose e strutture di supporto ottenute dal tessuto umano attraverso processi clinici, la squadra di studiosi è riuscita a ottenere una riparazione precisa delle lesioni nei ratti. Questa svolta ha il potenziale per avere un impatto significativo sulla chirurgia ricostruttiva del viso e sulle terapie per la crescita dei capelli negli esseri umani.
“La chirurgia ricostruttiva per correggere traumi al viso o alla testa dovuti a lesioni o malattie è solitamente imperfetta, con conseguenti cicatrici o perdita permanente di capelli“, ha affermato Ibrahim T. Ozbolat, Professore di 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 che la pelle biostampata partendo dal tessuto adiposo ha il potenziale per far crescere i peli nei ratti. Questo è un passo avanti verso la possibilità di ottenere una ricostruzione della testa e del viso più naturale ed esteticamente gradevole negli esseri umani”.
Mentre gli scienziati hanno precedentemente biostampato in 3D strati sottili di pelle, Ozbolat e il suo team sono i primi a stampare in modo intraoperatorio un sistema vivente completo di più strati di pelle, compreso lo strato più inferiore o ipoderma.
L’importanza dell’ipoderma nella guarigione dei tessuti
Il termine intraoperatorio 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.
Lo strato superiore, l’epidermide che funge da pelle visibile, si forma da solo con il supporto dello strato intermedio, quindi non richiede stampa. L’ipoderma, costituito da tessuto connettivo e grasso, fornisce struttura e supporto al cranio.
“L’ipoderma è direttamente coinvolto nel processo attraverso il quale le cellule staminali diventano grasso“, ha spiegato Ozbolat: “Questo processo è fondamentale per diversi processi vitali, inclusa la guarigione delle ferite e ha anche un ruolo nel ciclo del follicolo pilifero, in particolare nel facilitare la crescita dei capelli“.
I ricercatori hanno iniziato con il tessuto adiposo umano, o grasso, ottenuto da pazienti sottoposti a intervento chirurgico presso il Penn State Health Milton S. Hershey Medical Center.
Il collaboratore Dino J. Ravnic, Professore associato di chirurgia presso la Divisione di Chirurgia Plastica del Penn State College of Medicine, ha guidato il suo laboratorio nell’ottenere il grasso per l’estrazione della matrice extracellulare, la rete di molecole e proteine che fornisce struttura e stabilità al tessuto tessuto, per creare un componente del bioinchiostro.
Il team di Ravnic ha anche ottenuto cellule staminali, che hanno il potenziale per maturare in diversi tipi di cellule se fornito l’ambiente corretto, dal tessuto adiposo per creare un altro componente del bioinchiostro.
Ciascun componente è stato caricato in uno dei tre scomparti della biostampante. Il terzo compartimento è stato riempito con una soluzione coagulante che aiuta gli altri componenti a legarsi correttamente al sito leso.
“I tre compartimenti ci permettono di co-stampare la miscela matrice-fibrinogeno insieme alle cellule staminali con un controllo preciso“, ha aggiunto Ozbolat: “Abbiamo stampato direttamente nel sito della lesione con l’obiettivo di formare l’ipoderma, che aiuta nella guarigione delle ferite, nella generazione di follicoli piliferi, nella regolazione della temperatura e altro ancora.”
Il futuro in 3D della rigenerazione della pelle
Gli scienziati hanno raggiunto sia lo strato dell’ipoderma che quello del derma, con l’epidermide che si è formata 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 consegna congiunta della matrice e delle cellule staminali era cruciale per la formazione ipodermica“, ha specificato Ozbolat: “Non funziona in modo efficace solo con le cellule o solo con la matrice: deve funzionare contemporaneamente“.
I ricercatori hanno anche scoperto che l’ipoderma contiene escrescenze, lo stadio iniziale della formazione precoce del follicolo pilifero. Secondo i ricercatori, anche se le cellule adipose non contribuiscono direttamente alla struttura cellulare dei follicoli piliferi, sono coinvolte nella loro regolazione e mantenimento.
“Nei nostri esperimenti, le cellule adipose potrebbero aver alterato la matrice extracellulare per supportare maggiormente la formazione della crescita verso il basso. Stiamo lavorando per portare avanti questo processo, per far maturare i follicoli piliferi con densità, direzionalità e crescita controllate”.
Secondo Ozbolat, la capacità , attraverso l’ipoderma, di far crescere con precisione i capelli in siti feriti o malati di trauma può limitare il modo in cui può apparire la chirurgia ricostruttiva naturale. Lo scienziato ha dichiarato che questo lavoro offre un “percorso promettente”, soprattutto in combinazione con altri progetti del suo laboratorio che coinvolgono la stampa di ossa e lo studio di come abbinare la pigmentazione su una gamma di tonalità della pelle.
“Crediamo che questo potrebbe essere applicato in dermatologia, trapianti di capelli e interventi di chirurgia plastica e ricostruttiva, potrebbe portare a un risultato molto più estetico. Grazie alla capacità di bioprinting completamente automatizzata e ai materiali compatibili di grado clinico, questa tecnologia può avere un impatto significativo sulla traduzione clinica della pelle ricostruita con precisione”, ha concluso Ozbolat.
