La ricerca scientifica è fatta di domande la cui risposta non è sempre immediata. Un quesito può rimanere sospeso per anni, non perché sia errato, ma perché troppo all’avanguardia per le tecnologie del suo tempo. Nel 2011 quando Annalisa Tirella - oggi bioingegnera e docente al Dipartimento di Ingegneria industriale dell’Università di Trento - terminava la sua tesi di dottorato sulla stampa 3D di bio-inchiostri la domanda che si era posta, ovvero se fosse possibile predire approcci efficienti di stampa dei bio-inchiostri, non aveva ancora una possibile risposta. Con il progetto ‘BioTwin: una piattaforma digital-twin per materiali bioattivi’, a quasi 15 anni da quel dottorato, la professoressa Tirella e il suo gruppo di ricerca sono sempre più vicini a trovare la soluzione.
Che la stampa 3D non sia più una novità è un dato di fatto, la troviamo nelle aziende, nelle scuole e persino in casa, dagli oggetti di design ai componenti industriali stampati con l’utilizzo di plastica, resine o metalli. Ad oggi, il processo di stampa 3D è ormai consolidato. La vera rivoluzione, quella che troviamo solo nei laboratori di ricerca, è la biostampa. Una tecnologia avanzata che si pone come obiettivo la fabbricazione di strutture biocompatibili, fatte di bioinchiostri e cellule, usati per studiare meglio processi biologici, promuovere la rigenerazione di tessuti e organi.
Per il successo di questo processo di biostampa innovativo entrano in gioco i bioinchiostri, «fluidi non-newtoniani, come lo sono ad esempio ketchup e maionese, che per loro natura sono complessi da stampare in 3D. In questi bioinchiostri si mescolano biomateriali con le cellule, e solo attraverso un processo altamente controllato è possibile creare con la biostampa delle strutture di idrogel simili in forma e dimensione con i tessuti umani» spiega la responsabile del progetto. Si tratta di una fusione inedita di ingegneria, tecnologia e biologia. Un campo promettente e innovativo ma che presenta ancora limiti da superare.
Come racconta Annalisa Tirella, «il processo attuale di biostampa è fatto di trial and error, un continuo sperimentare e variare di parametri di stampa, come la velocità, la temperatura e i volumi depositati, fino a quando non si trova una condizione ottimale per stampare strutture biologiche tridimensionali contenenti cellule con dimensioni controllate inferiori al millimetro». Tutto questo porta inevitabilmente a un aumento di costi e tempi elevati di preparazione. Il progetto BioTwin propone una soluzione a questo problema elaborando, con l’aiuto dell’innovazione tecnologica, approcci di biostampa più efficienti che intendono ottimizzare il processo a partire dal bioinchiostro.
L’idea pionieristica è quella di creare un “biologically relevant digital twin”. «Grazie all’intelligenza artificiale e il machine learning siamo in grado di creare un vero e proprio gemello digitale, una replica computazionale del processo di biostampa» spiega Tirella. Il team di ricerca al momento utilizza una stampante presente nei laboratori del Dipartimento, ma sta progettando una nuova stampante per la raccolta di dati che il BioTwin elaborerà per creare successivamente un processo validato. L’obiettivo è realizzare un modello digitale per la biostampa e per rendere il processo intelligente, che possa fornire informazioni su come usare i bioinchiostri efficientemente e poter stampare un oggetto biologicamente rilevante per la medicina personalizzata, senza dover più dover sperimentare per lunghi periodi di tempo.
«Questo lavoro – sottolinea la studiosa – nasce dalla collaborazione con le colleghe e i colleghi Caterina Zanella, Luca Quagliato e Francesca Fiore, quest’ultima del Fab Lab, e coinvolge anche l’Ospedale Villa Rosa di Pergine Valsugana, una struttura riabilitativa di degenza che si occupa di pazienti con lesioni o politraumi, soggetti a ferite croniche della pelle come ulcere da decubito o da pressione». Unendo le conoscenze del personale ospedaliero con quelle dei ricercatori e delle ricercatrici di UniTrento, l’obiettivo è di portare la biostampa di materiali in grado di sostituire i tessuti danneggiati dei pazienti e favorirne la cicatrizzazione. Ulteriore passo avanti sarà quello di riuscire a creare tessuti personalizzati per le esigenze di ciascun utente.
Il progetto, tra i vincitori del Bando Future of Work della Fondazione valorizzazione ricerca trentina potrebbe rivoluzionare l’ambito biomedicale, e Annalisa Tirella non esclude la possibilità di applicare la biostampa intelligente anche all’industria alimentare, dove il bisogno di personalizzazione cresce sempre più. Il contributo della Fondazione ha supportato il team a realizzare il primo prototipo di biostampante intelligente. Una volta assemblata la stampante e calibrato il computer inizieranno i primi test per validare il processo.