Parti di cyborg

Gli organi prodotti in laboratorio potrebbero fare molto di più che servire come opzioni pronte per i pazienti bisognosi: con la giusta miscela di biologia e scienza dei materiali, potrebbero persino essere in grado di dotare le persone di abilità sovrumane.

Questo è ciò che i ricercatori della Princeton University vedono come il futuro dell'ingegneria dei tessuti e credono che la stampa 3D sia la strada da percorrere. Michael McAlpine e i membri del suo laboratorio hanno recentemente riferito che una stampante 3D potrebbe costruire un orecchio bionico in grado di rilevare frequenze un milione di volte superiori alla normale gamma dell'udito.

Questa storia faceva parte del nostro numero di settembre 2013

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L'orecchio dimostra come la stampa 3D possa unire perfettamente elettronica e tessuti biologici. Normalmente, questi materiali non giocano bene insieme: uno è rigido e si rompe facilmente, mentre l'altro è morbido e flessibile. Ma con la stampa 3D, i due possono essere fabbricati insieme, afferma McAlpine. È un modo in cui puoi intrecciare naturalmente tutto insieme in un formato tridimensionale, dice. Ciò potrebbe aiutare i ricercatori a creare tessuti corporei con dispositivi integrati in grado di monitorare la salute o persino a costruire organi cyborg che aumentano i sensi convenzionali.

Il team ha iniziato con un orecchio perché la forma è difficile da ricreare con l'ingegneria tissutale tradizionale. Inoltre, gran parte di un orecchio è cartilagine, a cui mancano i vasi sanguigni, strutture che sfuggono agli ingegneri dei tessuti (per ora).

Per costruire l'organo bionico, la stampante è guidata da un modello computerizzato di un orecchio a cui il team ha aggiunto il modello di una bobina di antenna interna collegata a un elettrodo esterno. Strato dopo strato, la macchina alterna tre inchiostri: un mix di cellule formanti cartilagine bovina sospese in una densa poltiglia di idrogel; una sospensione di nanoparticelle d'argento per formare la bobina ed elettrodi esterni a forma di coclea; e silicone per racchiudere l'elettronica. Le nanoparticelle d'argento sono imballate strettamente in modo che possano condurre elettricità. Agisce come un metallo, ma poiché sono nanoparticelle, puoi stamparle in un modo in cui normalmente non potresti stampare un metallo, dice McAlpine.

La stampa richiede circa quattro ore. Quindi l'orecchio viene immerso in un brodo ricco di sostanze nutritive in modo che le cellule possano crescere, produrre collagene e altre molecole e sostituire il loro ambiente originale con la cartilagine.

Con la sua bobina completamente incorporata, l'orecchio bionico può rilevare e trasmettere segnali radio, ma non onde sonore. McAlpine afferma che la funzionalità potrebbe essere aggiunta ai modelli futuri integrando materiali piezoelettrici, che convertono l'energia meccanica in energia elettrica. Un giorno questi dispositivi potrebbero aiutare una persona a sentire attraverso lo stesso meccanismo utilizzato per collegare gli impianti cocleari, o forse fornire un sesto senso di ricezione elettromagnetica.

Successivamente McAlpine vuole espandere la gamma di oggetti che una stampante 3D può produrre. Ci sono sfide significative, dice. Ma con stampanti a risoluzione più elevata, pensa, il suo team sarà in grado di introdurre l'elettronica di fascia alta.

Oltre a consentire ai tessuti biologici di incorporare materiali con proprietà eccezionali, la stampa 3D potrebbe affrontare una sfida di ingegneria tissutale: come far crescere organi con vasi sanguigni. Le reti vascolari hanno una geometria incredibilmente complicata, afferma McAlpine. Una tale svolta sarebbe la chiave per stampare organi che contengono vasi sanguigni, come fegato, reni e cuore.

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