Impalcatura stampata in 3D progettata per far crescere tessuti complessi
At a Glance
- Una nuova tecnica per incidere impalcature stampate in 3D per la riparazione dei tessuti permetterebbe a molti tipi di cellule di crescere su un singolo impianto.
- La tecnologia potrebbe essere usata per aumentare la riparazione di tessuti complessi come l’osso e la cartilagine, che sono composti da diversi tipi di cellule.
Un colorante fluorescente rivela l'”inchiostro” contenuto in una scanalatura incisa nel giro curvo di una fibra di scaffold. Diaz-Gomez et al., Bioprinting I progressi nelle tecniche di stampa 3D hanno fatto sperare in miglioramenti nella medicina rigenerativa. Quest’area di ricerca mira a utilizzare le cellule staminali e altre tecnologie, come i biomateriali ingegnerizzati, per riparare o sostituire cellule, tessuti o organi danneggiati.
Molto lavoro nella medicina rigenerativa si è concentrato sull’idea di creare scaffold. Le impalcature sono strutture di materiali artificiali o naturali su cui possono crescere nuovi tessuti per sostituire quelli danneggiati. Tali impalcature potrebbero essere preparate fuori dal corpo – per esempio, per iniziare a far crescere un pezzo di osso in laboratorio che potrebbe poi essere impiantato chirurgicamente. Potrebbero anche essere usati per promuovere direttamente la riparazione all’interno del corpo.
La ricerca in questo settore ha incontrato diversi ostacoli tecnologici. Si è dimostrato difficile distribuire le cellule in modo prevedibile su molte impalcature stampate in 3D. La distribuzione uniforme e controllata delle cellule è necessaria per far crescere tessuti complessi come l’osso e la cartilagine, che sono composti da molti tipi diversi di cellule.
Anche la creazione dei “bioinchiostri” usati per stampare le cellule sulle impalcature si è dimostrata difficile. Sono stati sviluppati per essere spessi e viscosi per evitare che il bioink si stacchi dalle impalcature. Ma questa viscosità può danneggiare le cellule durante il processo di stampa.
I ricercatori guidati dal dottor Antonios Mikos della Rice University hanno testato modi per migliorare le impalcature 3D e il bioink per la stampa di biomateriali. Nel loro nuovo studio, hanno testato se l’incisione di scanalature sulle fibre di impalcature stampate potrebbe aiutare a mantenere le cellule in posizione e consentire l’uso di un bioink meno viscoso. Il lavoro è stato finanziato in parte dal NIH’s National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB). I risultati saranno pubblicati nel numero di giugno 2020 di Bioprinting.
Immagine TAC di uno scaffold stampato in 3D con scanalature. Rice Biomaterials Lab I ricercatori hanno creato fibre usando una testina di stampa e poi, quando le fibre si sono raffreddate, hanno usato una testina di incisione che era in grado di creare scanalature e canali di diverse altezze per scopi diversi. La struttura generale delle fibre stampate non è stata danneggiata dall’incisione, e quando le fibre sono state stratificate insieme ad angoli di 90°, le impalcature risultanti hanno mantenuto la loro forza sotto compressione.
Quando le scanalature sono state riempite con bioinchiostri a bassa viscosità, le hanno tenute in posizione senza riempirsi troppo e spargersi.
Il team ha poi testato la sopravvivenza delle cellule strutturanti chiamate fibroblasti quando stampate sulle impalcature incise usando inchiostro a bassa viscosità. A 24 ore dalla stampa, un gran numero di cellule è rimasto vivo nelle scanalature.
“Questa nuova tecnologia ci permette di stampare impalcature multistrato seminate con diversi tipi di cellule in ogni strato”, dice Mikos. “L’obiettivo è quello di far crescere tessuti che imitano meglio la struttura originale per creare una riparazione più funzionale e durevole”. La tecnica può anche consentire la stampa di molecole fragili, come i fattori di crescita, sulle impalcature. I ricercatori stanno ora esplorando i modi per controllare meglio la creazione di scanalature di diverse dimensioni, con l’obiettivo di utilizzare la tecnologia in impalcature fatte di materiali molto sottili o per fare scanalature più profonde quando necessario.