Le tecnologie a singola cellula stanno emergendo come strumenti fondamentali nello studio e nella caratterizzazione delle cellule. Queste tecniche consentono agli scienziati di analizzare individualmente le cellule, aprendo la strada a diagnosi più precise e terapie personalizzate. Al centro di questa rivoluzione c’è il Dr. Christian Freese, responsabile della diagnostica delle infezioni e dei tumori presso il Fraunhofer Institute for Microengineering and Microsystems (IMM), insieme al suo team di ricercatori esperti in microfluidica.
Dal flusso alla stampa
Con l’obiettivo di trasformare le loro scoperte in applicazioni pratiche, il team ha sviluppato strutture microfluidiche specializzate su wafer di silicio all’interno della camera bianca dell’istituto. Queste strutture sono progettate per “intrappolare” singole cellule. Introducendo cellule umane in canali ultrafini su chip microfluidici, le cellule vengono catturate da strutture specifiche durante il loro flusso. La geometria di queste trappole assicura che solo singole cellule vengano isolate, mentre le altre continuano a fluire verso le trappole successive.
La sequenza di trappole allineate in un unico canale permette agli esperti di azzerare e rilasciare le cellule simultaneamente in diversi punti, rendendo le trappole riutilizzabili. Simile al funzionamento di una stampante a getto d’inchiostro, una bolla di calore eroga la cellula dall’ugello, depositandola all’interno di una minuscola goccia di liquido. Diversi tipi di cellule sono assegnati a testine di stampa separate, stampate in parallelo attraverso canali microfluidici dedicati.
Un salto di qualità nel bioprinting
“Utilizziamo la microfluidica per coprire tutti i parametri richiesti dal bioprinting di successo: stampiamo le cellule su richiesta, in un processo rapido e sterile. Allo stesso tempo, questo metodo garantisce che il tasso di vitalità per le celle stampate sia elevato. Un’altra parte di questo è che utilizziamo i caratteristici bio-inchiostri composti dalla cella e da un liquido specifico per il tipo di cellula, che può essere gestito anche in microfluidica“, spiega Freese.
A differenza di molti metodi esistenti che generano solo sottili linee di bio-inchiostri con cellule distribuite casualmente, gli specialisti del Fraunhofer IMM stampano goccioline ultra-minuscole, non molto più grandi della cellula stessa. Questo permette una risoluzione superiore: ogni cellula è posizionata con precisione e può interagire direttamente con le cellule vicine. Questa precisione apre nuove possibilità nella costruzione di colture di organi, che potrebbero essere utilizzate dall’industria farmaceutica per testare nuovi farmaci.
La stampa di tessuti e organi
L’obiettivo dichiarato degli esperti del Fraunhofer IMM è ambizioso: stampare tessuti per trapianti cutanei o addirittura interi organi. Questa prospettiva potrebbe rivoluzionare il campo dei trapianti, riducendo la necessità di donatori e eliminando i rischi di rigetto. La capacità di creare tessuti su misura potrebbe anche accelerare la ricerca medica, permettendo studi più approfonditi sulle malattie e lo sviluppo di terapie innovative.
Per sfruttare appieno l’enorme potenziale di questi metodi in medicina, a partire dal prossimo anno, gli esperti del Fraunhofer IMM collaboreranno con i colleghi del dipartimento di Clinical Health Technologies presso il Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation (IPA) di Mannheim. Insieme, lanceranno un centro ad alte prestazioni per le tecnologie a singola cellula, unendo e potenziando le loro competenze.
Questo centro sarà focalizzato sullo sviluppo e l’implementazione di tecnologie avanzate a singola cellula, con l’obiettivo di accelerare la traduzione delle scoperte scientifiche in applicazioni cliniche. La sinergia tra i due istituti promette di generare soluzioni innovative che potrebbero avere un impatto significativo sulla salute globale.
