Stampa in 3D e Bioprinting, tesina

B.)

and over after

by

demonstrated tissues diclofenac

m measuring

tissue-like

50

liver tight

Nancy

Vivian Applications and

moderate

tissue-like liver

Production possess induction

with

by 3D

show architecture

human validated treated

of at

demonstrated

tissues Perfomance

tissues

O’Neill, 6275 CYP3A4

Tissue (LDH)

Albumin

Tissue tissues

was bioprinted

bioprinted tissue-like Liver dehydrogenase

of

Liver days

Inc., Liver induction

C.)

Tissue tissues

3D

3D

(3D) 3.

42

M. Red

Green

Bioprinted 3D D.)

3D dense

Bioprinted day

over Blue Bioprinted time.

4.

3. expected

Albumin:

Organovo, at

Colin Figure

tissues E-Cad:

Figure lactate

exhibit stains

DAPI: over

A.)

A.)

three-dimensional C.)

Robbins, allow

a

human in observed

that this by known

2D hepatic albumin, parenchymal

realities. 50

tissues drug

are

extensively primary

models

of populations m Stellates compound

LD in 25

Loss challenges studies

a neotissues responded

phenomena In in in

in neotissues liver

resulted

with

involving hepatology. tissues

vitro paraffin-embedded

cultured and

(human

modeling.

vivo including was in

Tissue

Toxicity

been dosed cellular

in [EC] Hepatic

between

in Organovo deposited

human

effect

to Microscopy

liver

better liver

neotissues

acetaminophen

and

biological and 3D

protocols parenchymal

addition include

also cells Liver

predictive when

proteins

and 3D enables

3D

do

toxic the

predictions structures.

isolated providing TM

junctions

The

have 3D

only

(endothelial bioprinted

toxicology of Human

constructs Bioprinter

acetaminophen

In

2176 of liver

formalin-fixed bioprinted

screening examination

functions. Not

function serum

complexity when for

B. entities. of

Therefore, tissues

3D

to types

vitro Light

microvascular hepatotoxin.

intercellular

essential composed the

tissue

of format

the

hepatocytes, liver-derived

populations liver

in fields

toxicology hepatocellular for m

and

drug Finally, 25

Justin between physical

the 2.5X

Hepatoctytes

potential

liver

of the

Abstract 3D

features

clinic.

considered cell

MMX

the analysis

reflect new liver

of

mimetics the

with 3D

known

Number: bioprinted Multi-well

neotissues.

in EC-lined Enhancement

the

in cell

discrepancies essential

primary permit

for of non-parenchymal

impact the

architecture,

liver

not limitations Organovo’s

to activities

in a

Histological human

non-parenchymal

development modeling. Novogen

demonstrate

are diclofenac,

data

do tissue

differences key also

CD31-positive, the

major

that

models that producing

non-human bioprinted

retain Human

of they

(LDH)

is major liver

properties values.

in a Exposure disease

well-organized

differences B.)

have

culture and medium. plate

molecule

resulting 3D

toxicants,

of results

species-specific

Bioprinted bioprinted M

dehydrogenase

the pace days days, of

vivo 25

will

extrapolate and 1.

human compartments.

lumenized,

of Bioprinted

treatment of

cell enzymatic Multi-well

undertaken. These

one biology

Presentation in

the

42

microenvironment, Cells

the small

lines) Figure

42

these m

these

(2D) Features

human

to 25

within

3D

is revealed and

least

slowed up and

the

features

dimensional histology.

cell

for to that Endothelial

liver ethanol of

for development,

of

key

  -­‐  36  -­‐  

differentiation, lactate published to

difficult at transferrin

reasons interrogation

hepatic evidence

cultured were

has manner

demonstrate

human for

lose points parenchymal

phenotypic with A.)

active

which and B.)

by

agents

it

rapidly screening.

two major

liver making and 2.

tissue

to

interrogating be dependent

time combined

and ATP

clear and

similar tissues.

metabolically

Conventional can

hepatocytes, distinct

hepatocytes Figure

biochemical

the maintaining hepatotoxic Human

monolayer, fibrinogen, multiple

the we examining the discovery

key and

stellates)

reported,

in of report, values within

occur these when dose

cells

One A.)

for at  

-­‐   37-­‐  

6.1.2 Biopenna [17]

Stampare tessuto osseo direttamente nella lesione, questo lo scopo della “biopenna”

messa a punto dai ricercatori dell’università di Wollongong, in Australia. La biopenna ha

un funzionamento molto simile a quello di una stampante 3D e crea nuovi strati di

materiale cellulare che vanno a sostituire quelli danneggiati nell’osso del paziente.

Peter Choong, del centro di eccellenza per elettromateriali dell’università australiana, ha

presentato il prototipo, che sarà perfezionato presso l‘ospedale St Vincent’s di Melbourne,

prima di essere sperimentato sull’uomo.

Il dispositivo permette di creare impianti su misura durante l’intervento chirurgico,

eliminando la necessità di prelevare cartilagine e di coltivarla per settimane in laboratorio,

per poi sostituire tessuto danneggiato o malato, ha spiegato Choong: “Andando avanti con

il prototipo, il chirurgo potrà scolpire e ricostruire, nonché personalizzare, il tipo di tessuto

a cui affidare la riparazione ossea”(Figura 6.1.2.1).

Un modo totalmente nuovo di pensare la chirurgia ortopedica, conclude Choong: “La

biopenna permette di preservare il tessuto del paziente e offrirà così un risultato il più

vicino possibile a quello del tessuto originale”.

Figura 6.1.2.1: biopenna

  -­‐  38  -­‐  

6.2 Previsioni future [1]

Grandi aspettative ci sono attorno al bioprinting, ma per poter apprezzare risultati concreti

si dovranno aspettare ancora molti anni. Le sperimentazioni sugli animali sono però già

cominciate con risultati promettenti. Per poter vedere invece interi organi prodotti tramite il

bioprinting, se questo mai avverrà, bisognerà aspettare almeno altri quindici anni, secondo

quanto dicono i maggiori esponenti del campo.

Come detto l’obiettivo finale e più ambizioso che il bioprinting si prefigge è di riuscire a

produrre un intero organo funzionante da poter sostituire nei pazienti che ne necessitino in

alternativa al trapianto.

6.3 Aziende

Oltre al lavoro svolto dai ricercatori nelle università di tutto il mondo, è fondamentale per lo

sviluppo del bioprinting l’interessamento da parte di aziende. Infatti come in tutti i campi di

ricerca, per portare avanti un progetto vi è bisogno di cospicui finanziamenti e spesso

quelli pubblici non sono sufficienti. È necessario quindi l’intervento di soggetti privati che

finanzino la ricerca, vedendo nel risultato finale una possibilità di guadagno.

Al bioprinting si sono interessate già alcune aziende, soprattutto per la realizzazione di

stampanti pensate esclusivamente per questa tecnica. Una compagnia di San Diego,

Organovo, in collaborazione con l’azienda di automazione australiana Invetech, ha

lanciato sul mercato nel 2011 la prima bioprinter. Il costo è ancora molto elevato, 200000

$, ma si spera che, con la produzione e la commercializzazione di altre biostampanti, il

prezzo possa diminuire e le prestazioni migliorare. In competizione con Organovo c’è

l’azienda americana Tengion che si occupa di biotecnologie in ambito clinico. Questa

compagnia possiede i brevetti del professor Atala che hanno permesso di produrre già

alcuni tessuti da impiantare su pazienti, come sezioni di vescica o di intestino e vasi

sanguigni. Altre compagnie già affermate nella produzione delle tradizionali stampanti

inkjet si stanno interessando a questo campo, come la Epson con cui collabora il

professor Nakamura, e la Xerox che sta eseguendo delle ricerche nel Palo Alto Research

Centre (PARC)  

-­‐   39-­‐  

7. CURVE 3D NELLO SPAZIO [4;5;13]

“Com’è possibile che la matematica, pur essendo dopo tutto un prodotto del pensiero umano, che è

indipendente dall’esperienza, si adatti così mirabilmente agli oggetti della realtà?” (Albert Einstein)

“Al suo livello più profondo, la realtà è la matematica della natura.” (Pitagora)

Come prima affermato, l’ugello di una stampante 3d

si muove nello spazio lungo gli assi x, y , z

comandato da un software preinstallato in un

computer. Parlando dal punto di vista matematico

esso si muove nello spazio cartesiano.

Cosa si intende per spazio cartesiano e come si

comportano le curve in esso?

Consideriamo, nello spazio, tre rette orientate x, y e

z come in figura 1 uscenti da un punto O e a due a

due perpendicolari, fissiamo su ciascuna di esse un verso, ed assegniamo inoltre, su

ciascuna retta, un’unita di misura delle lunghezze, di solito comune alle tre rette .

Il punto O intersezione delle tre rette si dice origine del sistema di riferimento e le rette x,

y, z rispettivamente asse delle ascisse, asse delle ordinate, asse delle quote. Ciascuna

coppia di assi coordinati, avendo in comune il punto O, individua un piano: tali piani si

diranno rispettivamente, piano xy, piano xz, piano yz.

Preso un punto qualunque P dello spazio cartesiano, conduciamo da esso tre piani

perpendicolari rispettivamente ai tre assi coordinati e siano P1, P2, P3 le intersezioni di tali

piani rispettivamente con gli assi x, y, z. I numeri relativi associati a P1, P2 e P3 nel

sistema di coordinate fissato su ciascun asse si indicheranno con x y e z , essi si dicono

p, p p

coordinate cartesiane del punto P che si indica con la scrittura P(x ; y ; z). le coordinate di

P si possono anche ottenere nel seguente modo: da P si conduce la perpendicolare PH al

piano xy e le prime due coordinate di P sono rispettivamente, l’ascissa e l’ordinata di H nel

piano xy, la terza coordinata di P è la coordinata associata al punto P3 nell’ asse. Da H si

condu