I ricercatori dell'università di Harvard hanno sviluppato nuovi materiali che permettono di stampare in 3D un cuore su chip (heart-on-a-chip) che integra sensori utili a semplificare la raccolta di informazioni.
I cosiddetti Sistemi microfisiologici, o organi su chip, stanno emergendo nell'ambito medico come soluzioni per studiare l'effetto di farmaci, cosmetici e malattie su determinati organi del corpo umano, senza la necessità di condurre test sugli animali. Il problema è che in genere la raccolta dei dati può essere un processo lungo e costoso. La soluzione potrebbe essere proprio quella messa a punto dai ricercatori di Harvard, che grazie all'impiego di nuovi materiali sono riusciti a sviluppare nuovi materiali con cui si possono stampare in 3D alcuni dispositivi, che integrano sensori capaci di raccogliere facilmente informazioni nel corso del tempo.
Con dimensioni approssimative pari a quelle di un pendrive USB, gli organi-on-chip esistono da anni come alternativa ai test sugli animali. Sfruttano cellule capaci di imitare le funzioni di organi quali polmone, intestino, placenta e cuore, e permettono inoltre di emulare e studiare malattie come quelle cardiache croniche. Se da una parte l'idea è buona, dall'altra finora la raccolta dati ha richiesto un processo complicato, mediante microscopi e telecamere ad alta velocità.
Il lavoro dei ricercatori di Harvard ha seguito un approccio differente, "affrontando queste due sfide contemporaneamente tramite il digital manufacturing" ha spiegato Travis Busbee, co-autore dello studio pubblicato su Nature Materials. "Con lo sviluppo di nuovi inchiostri stampabili per la stampa 3D multi-materiale, siamo stati in grado di automatizzare il processo di fabbricazione, aumentando la complessità dei dispositivi".
In tutto il gruppo di ricerca di Harvard ha sviluppato sei diversi inchiostri che integrano dei sensori dentro al tessuto. Il chip racchiude più contenitori, ognuno con i tessuti separati e i sensori, che permettono di studiare in una sola volta più tessuti cardiaci ingegnerizzati. Il tutto è stampato in un unico processo automatizzato e digitale.
"Stiamo spingendo i confini della stampa tridimensionale verso lo sviluppo e l'integrazione di molteplici materiali funzionali all'interno di dispositivi di stampa", spiega Jennifer Lewis, un altro dei co-autori della ricerca. "Questo studio è una dimostrazione di come la nostra piattaforma possa essere utilizzata per creare circuiti integrati completamente funzionali allo screening di farmaci e alla caratterizzazione delle malattie".
I sensori incorporati servono per studiare i cambiamenti che intercorrono al tessuto nel corso del tempo, in particolare le variazioni nello stress contrattile, e in che modo l'esposizione a lungo termine alle tossine possa influenzare gli organi.
"I ricercatori lavorano spesso al buio quando devono valutare e rilevare cambiamenti graduali che si verificano durante lo sviluppo del tessuto cardiaco e la sua maturazione, perché c'è una mancanza di sistemi non invasivi e facili da usare per misurare le prestazioni funzionali dei tessuti" aggiunge Johan Ulrik Lind, primo autore dello studio.