3D bioprinting of multilayer vascular grafts

I graft vascolari sintetici sono comunemente impiegati in chirurgia vascolare per bypass coronarici, ricostruzioni arteriose e trattamento di aneurismi. Tuttavia, i graft di piccolo calibro (d<6 mm, PTFE/Dacron) presentano elevati tassi di fallimento (70–90% a 1 anno) dovuti a trombosi precoce, restenosi intimale e differenze di compliance con il vaso nativo [1]. Questo lavoro sviluppa graft vascolari multistrato tramite 3D bioprinting su mandrino rotante. È stato formulato un idrogelo biocompatibile, che consente la stampa su mandrino e la realizzazione di strutture multistrato mediante deposizione sequenziale. Fino ad ora sono state analizzate strutture mono-, bi- e tristrato acellulari e monostrato cellularizzate. Le proprietà viscoelastiche del bioink sono state caratterizzate con BioElastoSens (Rheolution Inc., Canada) e reometro MCR702e (Anton Paar, Austria) tramite amplitude sweep e time sweep test; la stampabilità è stata valutata con test griglia e filament collapse (utile per valutare la stabilità del filamento estruso tra supporti distanziati). Le strutture tubolari mono-, bi- e tristrato sono state realizzate con la biostampante Electrospider (Bio3DPrinting S.r.l., Italia) e successivamente analizzate le proprietà meccaniche a reometro (tensile ring test, stress relaxation test) a diversi intervalli temporali (giorno 0, 7, 14, 21). I monostrato cellularizzati con fibroblasti L929 hanno mostrato ottima vitalità fino al giorno 21 (Live/Dead). Questi test rappresentano una fase preliminare: l’obiettivo a lungo termine è differenziare specifiche linee cellulari derivanti da iPSC paziente-specifiche e stampare i tre strati cellularizzati con endoteliali, muscolari lisce e fibroblasti. L’originalità del lavoro risiede nella fabbricazione di strutture multistrato su mandrino e nella loro completa caratterizzazione meccanico-biologica. L’obiettivo finale è la creazione di un costrutto tubolare che replichi il più possibile un vaso nativo. Le potenziali applicazioni comprendono: drug screening preclinico per l’industria farmaceutica nello sviluppo di nuovi farmaci cardiovascolari (con riduzione di tempi e costi sperimentali); test di medical device (stent, cateteri) su modelli vascolari realistici; medicina personalizzata utilizzando iPSC differenziate da cellule del paziente-specifico; infine, in prospettiva futura, ingegneria tissutale per ottenere sostituti vascolari impiegabili in chirurgia. [1] I. Skovrind et Al., Stem Cells Transl. Med., 2019.