Nell’era digitale, la creazione di tecnologie e tecniche complesse, altamente innovative, è sempre più spesso il risultato di un lavoro di ricerca scientifica interdisciplinare, supportato da software evoluto, e reso possibile dalla collaborazione tra ambiente accademico e mondo delle imprese: nel nostro paese, esiste una partnership tra università e industria che ha portato allo sviluppo di un progetto scientifico e tecnologico particolarmente innovativo e affascinante.
Tale progetto si è originato dalla sinergia tra software di progettazione 3D, manifattura additiva (stampa 3D) e biostampa 3D, per la realizzazione di una macchina molto sofisticata nel campo della biofabbricazione di tessuti e organi umani, che trovano applicazioni nella medicina rigenerativa, nella cura di malattie e nella sperimentazione di nuovi farmaci.
Il progetto è della startup italiana Bio3DPrinting, ed è stato ampiamente illustrato a febbraio, a Houston, Texas, in occasione del 3DExperience World 2025, l’evento che Dassault Systèmes, società fornitrice di software di progettazione 3D, PLM (product lifecycle management) e prototipazione virtuale, organizza annualmente con gli operatori del settore.
Differenti tecnologie di biofabbricazione in una sola macchina
Bio3DPrinting è uno spin-off dell’Università di Pisa, una startup nata dalla collaborazione dell’ateneo con SolidWorld Group, fornitore di varie tecnologie digitali 3D nei settori industriale, solare e medicale, nonché “Authorized Reseller Solidworks” per l’Italia.
Nell’ambito della divisione di SolidWorld Group dedicata allo sviluppo di servizi e tecnologie all’avanguardia per il mondo medicale, Bio3DPrinting fornisce Electrospider, una macchina di biostampa 3D di nuova generazione che, dichiara la startup, è la prima a integrare in una singola piattaforma di stampa diverse tecnologie di biofabbricazione.
Il nome, Electrospider, è dovuto all’aspetto del sistema di estrusione, che rassomiglia a quello di un ragno. L’idea di questa macchina è nata dal professor Giovanni Vozzi, esperto in bioingegneria elettronica e informatica presso l’Università di Pisa, che ha brevettato il sistema. Nel 2022, SolidWorld Group ha acquistato il brevetto, e nel 2023 ha avviato la produzione in serie della biostampante, attraverso la controllata Bio3DPrinting, nello stabilimento di Barberino Tavarnelle, vicino Firenze.
“La primissima installazione è stata in Italia, presso l’Istituto Humanitas a Rozzano”, racconta Roberto Rizzo, ingegnere aerospaziale e presidente di SolidWorld Group, in un’intervista a margine del 3DExperience World. “Altre macchine sono state poi commercializzate in Svizzera, negli Stati Uniti, ed ora continueremo anche negli Emirati” aggiunge Rizzo, ricordando come sia “molto bello che un nucleo di ricercatori italiani diventi imprenditore di una tecnologia innovativa, senza dover andare all’estero”, anche se “non è una cosa semplice, perché in Italia è veramente molto difficile reperire i capitali, però ce l’abbiamo fatta”.
Determinante la sinergia università-industria
La partnership con SolidWorld Group è stata fondamentale. “Siamo uno dei pochi esempi di sinergia tra realtà industriale e realtà universitaria” sottolinea Aurora De Acutis, presidente di Bio3DPrinting “e questo ci ha dato l’opportunità di traslare nel mondo industriale una tecnologia che di base è frutto di una ricerca accademica”. De Acutis è anche la giovane ricercatrice che, fin dall’inizio, con la propria équipe, ha gestito tutte le fasi prototipali che hanno portato a quello che oggi è Electrospider. La macchina, ha dichiarato Dassault, è stata progettata e sviluppata attraverso la piattaforma 3DExperience Works, e con l’ausilio della suite Solidworks, adottata per modellare in maniera precisa i vari componenti della biostampante, ma anche per simularne il comportamento e verificarne la fattibilità prima della realizzazione fisica. L’integrazione con la piattaforma 3DExperience in cloud, ha aggiunto Dassault, è stata poi fondamentale per agevolare la gestione dati e facilitare una fluida collaborazione tra i team di progettazione, produzione e ricerca di Electrospider.
Obiettivo: produrre organi artificiali paziente-specifici
“Electrospider è la prima macchina che riesce a combinare in maniera sinergica una tecnica di fabbricazione particolare, l’elettrofilatura, con altre tecnologie standard, che possono arrivare a cinque”, precisa De Acutis. “L’elettrofilatura consente di ottenere microfibre e nanofibre a partire da una soluzione polimerica”, e può essere combinata con tecnologie come l’estrusione di idrogel standard, termosensibili e fotopolimerizzabili, e l’estrusione di materiali termoplastici. Nella stampa 3D, e nell’ingegneria tissutale, gli idrogel si prestano per la creazione di scaffold, cioè di “impalcature”, strutture tridimensionali in grado di supportare la crescita e la rigenerazione di tessuti biologici. “Tutte queste tecnologie di stampa sono montate su una testa di stampa che è stata completamente progettata da noi, e brevettata” aggiunge la ricercatrice.
La macchina, in sostanza, è in grado di integrare elettrofilatura, microestrusione, tecnologia ink-jet, o altre tecniche in un solo processo di stampa, riproducendo, a partire da cellule estratte dai pazienti tramite biopsia, e coltivate in vitro, costrutti cellulari 3D multiscala (microscala e nanoscala) e multimateriale: tali costrutti 3D superano i limiti delle colture cellulari 2D ottenute con le tecnologie convenzionali, perché risultano molto simili alla matrice extracellulare, e riescono a ricostruire l’eterogeneità e la complessa topologia dei tessuti umani.
Nel 2024, SolidWorld Group ha annunciato l’implementazione in Electrospider di un algoritmo per ingegnerizzare la creazione della vascolarizzazione di tessuti umani complessi, destinato ad aumentare ulteriormente precisione e qualità del processo di biofabbricazione: in prospettiva, ha dichiarato SolidWorld Group, l’obiettivo è arrivare a “ricreare un organo sano perfettamente ingegnerizzato a partire dalle cellule del paziente che sostituisca quello malato”, passando dalla biofabbricazione di tessuti semplici non vascolarizzati o scarsamente vascolarizzati, come entesi e tendini, alla riproduzione di tessuti perfettamente vascolarizzati, ad esempio quelli che costituiscono organi come il fegato o il rene.
Ciò, in futuro, potrà permettere la biostampa 3D di organi artificiali personalizzati, paziente-specifici, sopperendo alla domanda di organi da parte dei pazienti che si trovano in lista di attesa per trapianti. Questi tessuti e organi consentiranno anche di sperimentare e collaudare più efficacemente nuovi farmaci, riducendo il numero di cavie animali necessarie per i convenzionali test in vivo, e abbassando tempi e costi del processo di sviluppo, produzione e immissione sul mercato dei farmaci stessi.
