Produzione di tessuti biologici: verso la standardizzazione grazie ai robot

La piattaforma NGB di Poietis, dotata di un braccio robotico Stäubli, esegue la biostampa 4D di tessuti biologici per applicazioni cliniche avanzate in modo veloce, economico e funzionale.

 

La produzione di tessuti biologici risponde alle principali sfide della società, ma deve anche affrontare questioni importanti, in particolare quelle relative alla standardizzazione e scalabilità dei processi di produzione. Tenendo conto di queste sfide, la start-up francese Poietis ha sviluppato la piattaforma Next Generation Bioprinting (NGB), dotata di un braccio robotico Stäubli TX2-40, per eseguire la biostampa 4D di tessuti biologici in modo più veloce, economico e funzionale. La prima sperimentazione clinica al mondo di un trapianto cutaneo biostampato è iniziata nel 2022 presso l’Ospedale Universitario di Marsiglia.

Ripetibilità e scalabilità fra le sfide

Nell’ultimo decennio, una prima generazione di prodotti di ingegneria tessutale è stata introdotta sul mercato, principalmente per indicazioni cartilaginee, cutanee o corneali. Questi prodotti hanno mostrato buoni risultati clinici e aperto la strada normativa, ma hanno anche evidenziato una serie di problemi legati alla standardizzazione dei processi di produzione, alla ripetibilità e allo scale-up dei prodotti, ovvero alla capacità di produrli su larga scala riducendo il costo di produzione e, di conseguenza, il costo per il paziente.

”Ciò è dovuto al metodo di produzione tradizionale utilizzato per questa prima generazione di prodotti”, afferma Fabien Guillemot, Ceo e Direttore Scientifico di Poietis. “Si tratta di colture cellulari che richiedono un numero elevato di operatori altamente qualificati, spesso difficili da reperire, per cui la robotica rappresentava un‘opportunità per migliorare il processo produttivo”.

Una soluzione che integra bioprinting e robotica

In questo contesto e sulla base della sua esperienza nella biostampa assistita da laser ad alta risoluzione, Poietis ha sviluppato la piattaforma modulare NGB, progettata per offrire agli ingegneri e ai ricercatori dei tessuti una maggiore libertà nella selezione di biomateriali e idrogel, nonché una maggiore versatilità nella loro ricerca e sviluppo.

Poietis lancia due bioprinters basati sulla piattaforma NGB: l’NGB-R, commercializzato per applicazioni di ricerca, e l’NGB-C, un sistema di qualità clinica conforme alle normative GMP per applicazioni mediche. Fabien Guillemot specifica che lo scopo di questa piattaforma non è solo quello di ottenere trattamenti più convenienti (oggi una cornea biostampata è commercializzata a un prezzo di circa 100.000 euro per paziente) ma anche di aumentare la funzionalità dei tessuti impiantati controllando la loro composizione e la loro architettura.

Fortemente ispirata ai principi dell’Industria 4.0, questa nuova piattaforma integra tecnologie di automazione e robotica, abbinate a numerosi sensori online e all’elaborazione dell’Intelligenza Artificiale. Comprende anche tutte le tecniche di bioprinting (bioprinting laser-assistito, bioestrusione, bioprinting a microvalvole) e si basa su quattro tecnologie di risoluzione a singola cellula: progettazione assistita da computer, bioprinting automatizzato e robotizzato, controllo in linea e modellazione della formazione dei tessuti.

Il robot sposta il tessuto fra le testine di stampa

La piattaforma include un robot a 6 assi TX2-40 dalla fine del 2017, quando Poietis ha lanciato il suo programma di automazione delle stampanti. La versione Stericlean del TX2-40 è completamente pulibile e sanitizzabile ed è progettata per applicazioni mediche e farmaceutiche.

Qual è la funzione del TX2-40? I tessuti sono costruiti su una piastra di coltura cellulare all’interno dell’isolatore della piattaforma. Quest’ultimo è composto da diverse testine di stampa, una delle quali può stampare le cellule e le altre possono stampare materiali che fanno anche parte del tessuto.

Il robot Stäubli ha il compito di spostare il tessuto da costruire da una testina di stampa all’altra. Il robot funziona con le diverse modalità di bioprinting incorporate nel sistema (laser ed estrusione) e il suo software può essere facilmente implementato per una soluzione industriale.

La piattaforma equipaggiata con il robot Stäubli permette di produrre un sostituto composto sia da derma che da epidermide, e non solo da epidermide (lo strato più superficiale della pelle) come avveniva fino ad ora con le tecniche di fabbricazione di colture cellulari. La stampa stessa richiede ora solo tre o quattro ore per un quadrato di 40 cm² di pelle, rispetto alle otto o nove ore precedenti con i metodi di produzione tradizionali.

I benefici

Stäubli ha identificato fin dall’inizio le esigenze di Poietis in termini di bioproduzione. “Abbiamo scelto Stäubli per l’automazione delle nostre stampanti soprattutto perché è in grado di fornire robot in entrambe le configurazioni, una per la ricerca e lo sviluppo e una per applicazioni cliniche. Inoltre, i loro robot conformi alle normative GMP e sono già utilizzati nella produzione farmaceutica, il che è stato un fattore estremamente importante e differenziante per noi”, spiega Fabien Guillemot di Poietis.

Anche la precisione e la velocità del robot sono stati fattori convincenti. “Il robot TX2-40 di Stäubli ci permette di raggiungere le diverse testine di stampa con un grado di precisione molto elevato, soddisfacendo allo stesso tempo le nostre esigenze in termini di velocità e ripetibilità.

Inoltre, e questo è molto importante per le applicazioni terapeutiche, durante l’esecuzione del movimento l’emissione particellare del robot è significativamente bassa, riducendo il rischio di contaminazione del tessuto”, continua Fabien Guillemot. La contaminazione dei tessuti è un problema chiave in quanto l’isolatore in cui è posizionata la stampante deve essere un ambiente asettico di Classe A.

“Il robot, proprio come il resto dell’isolatore, deve essere pulibile con detergenti e decontaminabile. Il robot Stericlean soddisfa questi requisiti, oltre ad avere le giuste dimensioni, poiché le nostre stampanti non devono essere troppo grandi per poter essere impiegate nei centri di terapia cellulare ospedaliera”, conclude Fabien Guillemot.

Le future applicazioni

L’automazione della piattaforma è stata completata nel 2019 e la piattaforma NGB è stata lanciata sul mercato nel 2020. La piattaforma è stata installata presso l’Ospedale Universitario di Marsiglia alla fine del 2021, avviando la prima sperimentazione clinica al mondo di un innesto cutaneo biostampato, con diverse indicazioni riguardanti la guarigione, le piccole ustioni e le ferite traumatiche.

Poietis funziona anche su altre applicazioni, dimostrando la versatilità della sua piattaforma. “Abbiamo altri progetti a monte sulla bioprinting della cartilagine, del pancreas o dei neuroni”, spiega Bruno Brisson, co-fondatore e direttore del Business Develoment. “Alcune applicazioni richiederanno un adattamento dei moduli della piattaforma, ma i suoi componenti rimarranno gli stessi: una testa laser per stampare le celle, l’estrusione per stampare i biomateriali e il braccio robotico Stäubli per spostare i campioni da una testina di stampa all’altra”.