Per anni, gli scienziati hanno ipotizzato che le disposizioni elicoidali del cuore e la muscolatura complessa pompano il sangue in modo più efficiente in tutto il corpo. Anche se, a causa della difficoltà nel riprodurre dettagli così complessi e intricati in cuori artificiali, la ricerca di questo fenomeno si è rivelata difficile.

Tuttavia, in un nuovo studio pubblicato in Scienza, un team di ricercatori di più istituzioni si è unito per utilizzare un nuovo metodo più avanzato per fabbricare tessuti e organi artificiali. Questo team includeva Qihan Liu, un assistente professore presso la University of Pittsburgh Swanson School of Engineering.

“È un’enorme sfida manifatturiera realizzare materiale che imiti il ​​tessuto biologico”, ha affermato Liu. “I tessuti biologici sono costituiti da varie micro/nanofibre di allineamento complesso spazialmente variabile. La disposizione di queste fibre è il modo in cui la natura programma il ricco comportamento meccanico del tessuto biologico. Tuttavia, attualmente non esiste uno strumento di produzione in grado di catturare questa complessa disposizione. Sebbene sia comune il 3D i metodi di stampa possono facilmente realizzare composizioni complesse di fibre, la stampa 3D non può stampare nanofibre a un throughput rilevante per l’ingegneria dei tessuti.Mentre le tecniche di filatura di nanofibre consolidate come l’elettrofilatura possono produrre nanofibre a un throughput elevato a livello di produzione di massa, la disposizione complessa delle fibre deve ancora essere realizzata .”

I ricercatori hanno quindi proposto il processo di rotazione focalizzata a getto rotante. FRJS è un metodo di produzione additiva che utilizza la filatura centrifuga per formare rapidamente le fibre. Le fibre vengono successivamente focalizzate, allineate e depositate in posizioni mirate con un flusso d’aria controllato. Utilizzando il flusso d’aria, questo metodo consente di manipolare contemporaneamente migliaia di micro/nanofibre, garantendo un’elevata produttività. Con il flusso d’aria appositamente progettato, FRJS può produrre strutture in fibra 3D che sono molto più complesse di quanto possano creare i metodi attuali.

I ricercatori confrontano i loro metodi con altri due modi di produrre organi e tessuti artificiali: la stampa 3D e la filatura di fibre. Sebbene la stampa 3D continui a contribuire a importanti progressi nello sviluppo di organi e tessuti artificiali, i ricercatori ribattono che la stampa 3D impiega troppo tempo per ottenere i dettagli e la complessità che FRJS può offrire.

Un altro metodo attualmente utilizzato è la filatura della fibra, che consente una produzione più rapida ma non tanto dettaglio o complessità quanto FRJS. Pertanto, i ricercatori presentano FRJS come metodo per realizzare creazioni più complesse in modo più tempestivo.

Per mostrare le possibilità di FRJS in questo contesto, i ricercatori hanno utilizzato il processo per creare campioni, incluso un modello di cuore umano in fibra a grandezza naturale per mostrare la capacità di produrre complesse strutture 3D, un modello di ventricolo a tre strati a doppia camera per mostrare la capacità per catturare l’allineamento delle fibre complesse nei tessuti biologici e nei ventricoli a strato singolo con le dimensioni di un ratto, un gatto, un essere umano e la balenottera minore di 12.000 libbre per mostrare la scalabilità del processo di produzione. I ricercatori dimostrano anche come modelli come questi creati da FRJS possono essere utilizzati per comprendere la funzione delle disposizioni delle cellule elicoidali all’interno del cuore.

Questi campioni, tuttavia, sono solo una visualizzazione di ciò che è possibile fare con FRJS.

“Questo documento è solo una dimostrazione di cosa si può fare con questo metodo, in realtà”, ha detto Liu. “Il cielo è il limite.”

In futuro, ha affermato Liu, FRJS potrebbe essere utilizzato per ricreare vasi sanguigni, cartilagine e altri tessuti rinforzati con fibre. Ciò offrirebbe innumerevoli possibilità per imitare i tessuti biologici nella robotica, nell’ingegneria e altro ancora. Il composito fibrorinforzato realizzato con FRJS potrebbe anche essere utilizzato per costruire automobili e aeroplani con materiali fibrorinforzati più leggeri che utilizzano disposizioni ottimizzate delle fibre per gestire meglio il carico.