Studio della vascolarizzazione nei tessuti ingegnerizzati

Tissue engineering is a new discipline which has gone through a substantial evolution in the last years giving day by day new advancements concerning the technology within thanks to the constant effort of the research groups all around the globe, whose common goal is to offer an efficient alternative to the traditional techniques involved in organ transplantations and prosthetics implants which are meant to restore the correct functioning of a pathologic tissue. This engineering field is based on the idea of creating a construct capable of, once implanted in the host organism, growth, maturation and able to interact with the surrounding biological environment. The actual conception of the construct depends on three fundamental elements of tissue engineering: cells, scaffolds and bioreactors. So far researchers have been quite successful on recreating the tissues and organs in vitro, overcoming or bypassing the problems that they inevitably had to face in these cases. Nonetheless, to this day, there is still an apparently unsolvable problem, especially taking into account the available technologies, taking note and remarking how they have gone through an exponential evolution to face the needs of the patients and researchers. The problem is identified with the vascularization, or lack thereof, inside the engineered tissues, especially the microvascularization to be more accurate, that represents the connection across the vascular network and makes possible the survival of the cellular construct once it is implanted. It will be given a brief but essential description of the anatomy and physiology of the blood vessels, emphasizing the microvasculature portion of it, depicting its most relevant features. Thanks to the explanation of the Krogh’s model, it will be clear to the reader how relying simply on the diffusion mechanisms that occur within the tissues is not sufficient to guarantee the appropriate oxygen transport and nutrient supply to the cells, key factors for its outliving. It is then absolutely necessary to physically create a capillary network anatomically accurate and functioning, or at least stimulate its growth through specific biochemical elements. The final part of this work will focus on a vast analysis of the vanguard technologies that supposedly will allow the fine tuning of constructs able to survive once installed in the patient’s body. At the moment, the attention is being shifted toward 3D bioprinting, an heir of 3D printing, considered by the researchers the only plausible candidate to finally put an end to the recurring lack of vascularization of the tissue engineering constructs. All the techniques regarding 3D bioprinting will be described pointing out their peculiarities, advantages and disadvantages, providing a document that is intended to summarize the state of the art concerning this particular matter and being a starting point for future studies.

L’ingegneria tissutale è una nuova disciplina che negli ultimi anni sta avendo una netta evoluzione portando di giorno in giorno numerosi avanzamenti in campo tecnologico grazie al costante impegno dei gruppi di ricerca sparsi per il mondo, il cui obiettivo comune è quello di offrire una valida alternativa alle tradizionali tecniche di trapianto di organi e/o impianto di protesi volte a ripristinare le funzionalità di un tessuto patologico. Questa settore ingegneristico ha come pilastro portante l’idea di generare un costrutto che sia in grado, una volta impiantato nell’organismo ospite, di crescere, maturare e interagire con l’ambiente biologico circostante. La creazione del costrutto prescinde da tre elementi fondamentali per l’ingegneria dei tessuti: le cellule, gli scaffold e i bioreattori. Fino ad ora si è avuto grande successo nel ricreare diversi tessuti ed organi in vitro, riuscendo quasi sempre a superare o comunque aggirare i problemi che inevitabilmente ci si ritrova a dover fronteggiare. Tuttavia, tutt’oggi, sussiste la presenza di un problema che sembra apparentemente irrisolvibile, specialmente con le tecnologie a disposizione, che è giusto rimarcare abbiano in ogni modo subito una evoluzione esponenziale negli ultimi anni. Stiamo parlando del problema della vascolarizzazione nei tessuti ingegnerizzati, per essere più precisi della micro vascolarizzazione, elemento di raccordo della rete vascolare che permette la sopravvivenza cellulare del costrutto così difficilmente progettato e realizzato, una volta impiantato. Viene quindi fornita una breve ma essenziale descrizione dell’anatomia e fisiologia dei vasi sanguigni, ponendo inevitabilmente maggiore enfasi sulla microvascolatura, delineando le sue proprietà caratteristiche. Grazie alla descrizione del modello di Krogh sarà chiaro al lettore come la sola diffusione all’interno dei tessuti non risulti sufficiente per l’adeguato trasporto di ossigeno e nutrienti, fattori di primaria importanza per la sopravvivenza cellulare. Risulta indispensabile la realizzazione fisica, o almeno indurne la formazione attraverso particolari elementi biochimici, di una rete capillare anatomicamente fedele e funzionale. La parte finale del lavoro sarà incentrata su una ampia analisi delle tecniche all’avanguardia che dovrebbero permettere la messa a punto di costrutti in grado di sopravvivere una volta trasferiti su paziente. Al momento, i riflettori sono puntati sulla 3D bioprinting, tecnica figlia della stampa 3D, ritenuta dai ricercatori l’unica plausibile candidata per porre la parola fine al problema della vascolarizzazione dei costrutti ingegnerizzati. Verranno descritte le varie tecniche ad essa associate, con le loro peculiarità, rispettivi vantaggi e svantaggi, fornendo un documento che si prepone di racchiudere quello che è lo stato dell’arte in materia, punto di partenza e sorta di manuale di riferimento per studi e sviluppi futuri.