Bio-stampa 3D
Sfruttare modelli cellulari biostampati 3D automatizzati e ad alta produttività per la ricerca, la scoperta farmacologica e la tossicologia.
Che cos’è la biostampa 3D?
La tecnologia di biostampa tridimensionale (3D) è una soluzione all’avanguardia che prevede la deposizione strato per strato di materiali biologici, tra cui vari tipi di cellule, bioinchiostri e fattori di crescita, per creare strutture 3D che imitano l’architettura e la funzione di modelli cellulari 3D. Questo processo è simile alla stampa 3D tradizionale, ma è specificamente adattato alle applicazioni biologiche.
I componenti principali della biostampa 3D includono:
- Bioinchiostri: si tratta di materiali stampabili contenenti cellule viventi e altri biomateriali. Fungono da elementi costitutivi per la creazione di modelli cellulari 3D.
- Stampante: le stampanti 3D specializzate utilizzate nella biostampa consentono un controllo preciso sul posizionamento di cellule e biomateriali.
- Software: il software Optimal è in grado di progettare strutture personalizzate stampate in 3D programmando i bioinchiostri in modelli specifici. Il software deve anche garantire che i flussi di lavoro personalizzati possano essere uniti ad altre attività.
https://vids.moleculardevices.com/watch/Ru4dmoEYsvT6nVceekhhWL
La bio-stampante BioAssemblyBot 400 (BAB400) si integra perfettamente con il sistema di screening ad alto contenuto ImageXpress per un flusso di lavoro automatizzato di biologia 3D.
Ottimizzare la biostampa per la biologia 3D
I diversi tipi di biostampanti per la biologia 3D utilizzano varie tecniche per stampare e dispensare le cellule. Alcune di queste includono l’estrusione, il getto d’inchiostro, la stereolitografia, la modellazione laser-assistita e la deposizione fusa. La maggior parte delle tecniche utilizza idrogel contenenti cellule, che non imitano correttamente il complesso ambiente necessario per lo sviluppo degli organoidi. Le stampanti basate sull’estrusione, come BioAssemblyBot® 400, invece supportano adeguatamente questi ambienti con l’ulteriore vantaggio di poter aumentare la scalabilità in breve tempo. Inoltre, le stampanti a estrusione facilitano l’uso di un’ampia gamma di bioinchiostri, come aggregati cellulari, microcarrier, idrogel con cellule, componenti di matrici decellularizzate, microcarrier e molti altri. La biostampa basata sull’estrusione consente di stampare ad alta densità cellulare, è facile da implementare, permette di realizzare strutture anatomicamente porose, è semplice da apprendere, ha un hardware più accessibile, forma strutture biocompatibili e riduce il danno cellulare.
Potenziale delle applicazioni emergenti di biostampa 3D
L’avvento della biostampa 3D ha inaugurato una nuova era nell’ingegneria biomedica, offrendo soluzioni trasformative per l’ingegneria dei tessuti, lo sviluppo farmacologico, la modellazione delle malattie, la medicina personalizzata e la terapia rigenerativa. Questa tecnologia innovativa consente la fabbricazione precisa di strutture biologiche funzionali, rivoluzionando la ricerca e l’assistenza sanitaria con il suo potenziale per affrontare problematiche critiche e migliorare i composti terapeutici.
- Ingegneria tissutale: la biostampa ha il potenziale per rivoluzionare il campo dell’ingegneria dei tessuti, creando organi funzionali in miniatura o “organoidi” che possono essere utilizzati per studiare le strutture biologiche. Questo ha il potenziale per risolvere la carenza di veri modelli rappresentativi della struttura e della funzione in vivo.
- Test e sviluppo farmacologico: I modelli biostampati possono essere utilizzati per i test farmacologici per fornire una rappresentazione più accurata del comportamento dei farmaci nel corpo umano rispetto alle colture cellulari tradizionali. Ciò può potenzialmente ridurre la necessità di sperimentare sugli animali e migliorare l’efficienza dello sviluppo farmacologico.
- Modellazione delle malattie: la biostampa consente di creare modelli realistici che rappresentano tessuti e organi umani e che possono fornire ai ricercatori una migliore comprensione delle malattie e consentire lo sviluppo di trattamenti mirati.
- Medicina personalizzata: la capacità di creare tessuti e organi con le cellule del paziente stesso apre le porte alla medicina personalizzata. Questo può consentire lo sviluppo di trattamenti personalizzati in base alla composizione genetica unica di un individuo e ridurre il rischio di potenziali insuccessi dei farmaci.
- Medicina rigenerativa: la biostampa può contribuire alla medicina rigenerativa fornendo un mezzo per riparare o sostituire tessuti e organi danneggiati. Sebbene la loro applicabilità non sia stata studiata nell’uomo, hanno il potenziale di potenziare i processi di guarigione naturale dell’organismo. Potrebbero rappresentare un fondamentale collegamento tra gli studi preclinici e quelli clinici se fosse possibile autorizzare i protocolli per consentire un uso ampio e diretto di questa tecnologia nella medicina rigenerativa.
Flusso di lavoro del saggio di biostampa
La nostra piattaforma di biostampa è dotata di un involucro automatizzato avanzato, BioAssemblyBot 400(BAB 400), per la realizzazione di sistemi di modelli 3D con una maggiore produttività e precisione, eliminando i problemi comuni associati ai flussi di lavoro manuali. Il BAB 400 utilizza un braccio robotico a sei assi dotato di “mani BAB” intercambiabili per produrre e mantenere in modo efficiente tessuti, organoidi e sferoidi viventi. Si integra perfettamente con il nostro sistema di imaging ad alto contenuto ImageXpress Confocal HT.ai, dotato del software di analisi delle immagini IN Carta, un potente software di analisi delle immagini con intelligenza artificiale e apprendimento automatico. Questa soluzione automatizzata pronta all’uso garantisce un flusso di lavoro completamente ottimizzato per i saggi di biostampa 3D.
- Preparazione della sospensione cellulare: le cellule vengono raccolte e contate per essere risospese nel terreno di coltura cellulare nella concentrazione richiesta.
- Preparazione del bioinchiostro: la matrice extracellulare specifica per il saggio viene miscelata con la sospensione cellulare nelle concentrazioni necessarie e a temperature specifiche.
- Stampa in pozzetti per micropiastre: la testina di stampa del braccio robotico “mano” stampa il bioinchiostro con le cellule nelle piastre di coltura cellulare.
- Incubazione e aggiunta del terreno di coltura: le strutture stampate vengono incubate sullo stadio o sull’incubatore in base ai requisiti di temperatura e tempo. Le cellule nelle strutture sono alimentate con terreni di coltura specifici per la linea cellulare e le condizioni del saggio.
- Scambio di terreni di coltura e monitoraggio della formazione del modello cellulare 3D: le cellule vengono alimentate periodicamente per reintegrare i nutrienti esauriti. Queste cellule in strutture vengono incubate e coltivate mentre si acclimatano per le fasi successive del saggio.
- Aggiunta di reagenti: vari reagenti, ad esempio fattori di crescita, farmaci o persino coloranti, vengono aggiunti quando necessario nel flusso di lavoro per la crescita, lo screening dei farmaci o l’imaging basato su biomarcatori.
- Saggi di endpoint, imaging e analisi: le fasi finali del flusso di lavoro del saggio vengono eseguite per raccogliere i dati rilevanti. I dati raccolti vengono poi analizzati con metodi standard o personalizzati.
Sebbene la biostampa debba ancora superare alcune problematiche relative al miglioramento delle formulazioni dei bioinchiostri, alla vascolarizzazione dei modelli e alla funzionalità dei modelli cellulari, si tratta di una tecnologia promettente e in rapida evoluzione. Nonostante queste problematiche, i ricercatori stanno rapidamente portando la bio-stampa più vicina che mai a imitare le strutture e le funzioni in vivo per fornire terapie mirate, efficienti ed efficaci.