Tendenze recenti nell’ingegneria muscolare bioartificiale e loro applicazioni nella carne coltivata, nei sistemi biorobotici e negli impianti bioibridi

Biologia delle comunicazioni volume 5, numero articolo: 737 (2022) Citare questo articolo

5281 accessi

7 citazioni

18 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

I recenti progressi nell’ingegneria dei tessuti e nella tecnologia di biofabbricazione hanno prodotto una pletora di tessuti biologici. Tra questi, l'ingegneria del muscolo bioartificiale si distingue per la sua eccezionale versatilità e la sua vasta gamma di applicazioni. Dall’industria alimentare a quella tecnologica e medica, lo sviluppo di questo tessuto ha il potenziale di influenzare contemporaneamente molti settori diversi. Tuttavia, ad oggi, la biofabbricazione di carne coltivata, i sistemi biorobotici e gli impianti muscolari bioartificiali sono ancora considerati isolatamente dai singoli gruppi di pari. Per stabilire un terreno comune e condividere i progressi, questa revisione delinea i requisiti specifici dell’applicazione per la generazione di tessuto muscolare e fornisce una panoramica completa delle strategie di biofabbricazione comunemente utilizzate e delle attuali tendenze applicative. Risolvendo le sfide individuali e unendo diverse competenze, in futuro ci si possono aspettare progressi sinergici di innovazione che si ispirano a vicenda in tutti e tre i settori.

Negli ultimi dieci anni, la biofabbricazione artificiale del tessuto muscolare ha suscitato grande interesse. Grazie alla sua vasta applicabilità, ad esempio come carne coltivata1, sistemi biorobotici2, impianti bioibridi nella medicina rigenerativa3 o nella modellizzazione delle malattie4, la popolarità di questo campo di ricerca è in costante aumento.

Questo articolo fornisce una panoramica completa sulle recenti strategie di biofabbricazione dedicate alla produzione di tessuto muscolare per i primi tre campi di applicazione (Fig. 1a). Le ultime storie di successo verranno evidenziate e discusse criticamente.

La biofabbricazione del tessuto muscolare consente molteplici applicazioni (a) che vanno dalla carne coltivata155 (assemblaggio di muscoli fibrosi, grasso e tessuti vascolari alla bistecca coltivata di Kang et al (CC BY 4.0)), ai sistemi biorobotici (da rif. 2. Ristampato con permesso dell'AAAS.) agli impianti bioibridi3 (il ramo pettorale dell'arteria toracoacromiale è stato identificato sotto il grande pettorale da Liu et al (CC BY 4.0)). Questa recensione fornisce una panoramica completa sui più importanti requisiti cellulari e specifici del materiale, nonché sulle strategie di biofabbricazione dedicate (adattate da rif. 22.148 (Illustrazione schematica del concetto, procedura sperimentale, obiettivo e prospettiva dello studio di Schäfer et al. (CC BY 4.0))) per ciascuno dei tre campi di applicazione. Mentre la biofabbricazione di carne coltivata, sistemi biorobotici e impianti muscolari bioartificiali è stata finora studiata per lo più in modo isolato, la fusione tecnologica scatenerà innovazioni inaspettate e determinerà le tendenze future. La combinazione recentemente pubblicata di sistemi biorobotici e impianti bioibridi è un indicatore innovativo di ciò che ci aspetta (b, adattato da Srinivasan e collaboratori153 (ristampato con il permesso di Springer Nature Limited: Nature Biomedical Engineering, A cute mechanoneural Interface for neuroprosthetic feedback , Srinivasan et al., Copyright 2021).

Il muscolo è un tessuto vascolarizzato e innervato composto per il 90% da cellule muscolari, come mioblasti e cellule satelliti, e per il 10% da fibroblasti e adipociti5. Mentre fibroblasti e adipociti si presentano in massa, le cellule muscolari sono composte da una struttura gerarchica con miofibre allineate formate in un processo di maturazione da miotubi multinucleati allungati fusi influenzati da segnali chimici, meccanici ed elettrici6,7. Il tessuto muscolare scheletrico è incorporato in una matrice extracellulare (ECM) costituita principalmente da collagene (Col) di tipo I e III8,9. La produzione artificiale del tessuto muscolare segue il processo di biofabbricazione generalmente noto, composto da tre fasi: preelaborazione, produzione e maturazione10. Innanzitutto vengono definiti il ​​design tridimensionale (3D) e i materiali necessari per l'impalcatura. Successivamente, cellule e materiali vengono assemblati per formare il precursore del tessuto. Vengono applicati abitualmente metodi di biofabbricazione comunemente noti, come la semina cellulare11,12, la fusione di idrogel13,14 o la biostampa 3D15,16,17. Infine, il precursore tissutale subisce una fase di maturazione. Nella fabbricazione muscolare, questa fase è di particolare rilevanza, poiché determina la funzionalità biologica e meccanica del tessuto6,7,18.