Bioprinting di idrogel biocompatibili da inchiostri di cellulosa


Ricercatori italiani e svedesi si aggiungono alla tendenza in corso per migliorare le tecniche e i materiali di bioprinting. Dopo aver sviluppato materiali fotocurabili a base biologica per la stampa 3D e la bioprinting con idrogel, gli autori hanno rilasciato i dettagli del loro studio in ” DLP 3D Printing Meets Lignocellulosic Biopolymers: Carboxymethyl Cellulose Inks for 3D Biocompatible Hydrogel “.

La carbossimetilcellulosa modificata è stata al centro di questo esperimento per la bioprinting con elaborazione digitale della luce (DLP). Sebbene sia più comunemente usata come riempitivo, la cellulosa è stata utilizzata in altri inchiostri. Iniziando la ricerca con lo studio dei biopolimeri lignocellulosici, gli autori hanno spiegato che presentano una gamma di opzioni per la stampa con DLP, mentre la carbossimetilcellulosa (CMC) è spesso utilizzata in alimenti, vernici e detergenti. Per questo motivo, è un materiale sostenibile con particolare utilità nel bioprinting.

Approvato dalla FDA e ritenuto biocompatibile, CMC è idrosolubile, versatile e considerato “un candidato ideale per la preparazione di nuove resine fotoinduribili per DLP”. Questi tipi di formulazioni possono anche imitare i microambienti cellulari a causa della loro composizione simile al glicosaminoglicano che si trova all’interno della matrice extracellulare.

“Grazie alla sua versatilità, alle sue proprietà vantaggiose, alla solubilità in acqua e alla suscettibilità a un’ulteriore funzionalizzazione, ci aspettavamo anche che CMC sarebbe stato un candidato ideale per la preparazione di nuove resine fotoinduribili per DLP”, hanno spiegato gli autori. “Tuttavia, l’uso di tecniche di stampa assistita dalla luce richiede gruppi funzionali reattivi fotoreticolanti, il che significa che CMC necessita di funzionalizzazione per produrre la formulazione dell’inchiostro per la produzione di idrogel fotoinduriti 3D.

“CMC è stato quindi metacrilato e la sua fotoreologia e stampabilità DLP è stata studiata in due formulazioni, ovvero M-CMC / Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM) e M-CMC / acqua, in presenza di una quantità fissa di litio fenil-2,4 Fotoiniziatore del 6-trimetilbenzoilfosfinato (LAP). “

(A) Schema per la metacrilazione della carbossimetilcellulosa (CMC). Il prodotto presentato presenta solo uno dei possibili prodotti di reazione. (B) FTIR e (C) spettri NMR 1H per CMC metacrilato (M-CMC, rosso) e CMC pulito (CMC, nero).

Durante la valutazione, gli autori hanno anche studiato la compatibilità per idrogel, con M-CMC solubilizzato in un mezzo di coltura (DMEM). Le proprietà reologiche (modulo di conservazione, G ′ e modulo di perdita, G ″) sono state valutate durante la polimerizzazione UV per CMC / DMEM / LAP e M-CMC / acqua / LAP:


“Sebbene la formulazione M-CMC / DMEM / LAP abbia mostrato un leggero ritardo rispetto all’inizio del processo di polimerizzazione, il mezzo DMEM ha comunque consentito una sufficiente penetrazione della luce per il processo di fotopolimerizzazione in vista della stampa 3D”, hanno affermato i ricercatori.

Entrambe le formulazioni CMC / DMEM / LAP e M-CMC / acqua / LAP si sono dimostrate stabili dopo 90 s di irradiazione UV. Gli idrogel sono stati creati da entrambe le formulazioni e ritenuti “estremamente promettenti” rispetto ad altri materiali biocompatibili DLP.

(A) Fotoreologia della carbossimetilcellulosa metacrilata (M-CMC) 20 mg / mL (2% in peso di fenil-2,4,6-trimetilbenzoilfosfinato di litio (LAP)) solubilizzata in acqua (nero) o in mezzo di coltura (rosa). (B) punto gel. Spessore film 300 m. (C) Sweep di frequenza. Velocità di deformazione 1% e frequenza di oscillazione da 0,01 a 10 Hz.

I ricercatori hanno creato una varietà di campioni stampati in 3D, per includere cilindri, parallelepipedi e altre strutture complesse, tutti derivanti dalle formulazioni M-CMC / DMEM / LAP e M-CMC / acqua / LAP. Dopo un’ulteriore valutazione, gli idrogel erano stabili, flessibili e la reazione di fotoreticolo è stata completata. Sebbene i coloranti possano essere utili per limitare la diffusione della luce, esiste anche il rischio di citotossicità, portando gli autori a evitare tale uso in questo studio.

Idrogel M-CMC stampati in 3D. (A) Cilindri semplici e parallelepipedi (solvente: acqua). (B) L’idrogel ha mostrato una buona flessibilità e maneggevolezza. (C) Analisi SEM eseguita sull’idrogel liofilizzato. (D – F) Oggetti 3D stampati dall’acqua (D) e dalla soluzione del mezzo di coltura (E, F).

La reticolazione e la reattività sono state ulteriormente valutate, insieme a test di compressione, valutazione della capacità di rigonfiamento e test di citotossicità per indagare sulla mancanza di morte cellulare a causa del rilascio di fotoiniziatori LAP o di catene polimeriche non reagite. In definitiva, il team di ricercatori ha riferito che non c’erano segni di citotossicità e, nel complesso, il loro lavoro ha avuto successo con cellule che mostravano una vitalità simile ai campioni di controllo.

Idrogel M-CMC stampati in 3D. (A) Cilindri semplici e parallelepipedi (solvente: acqua). (B) L’idrogel ha mostrato una buona flessibilità e maneggevolezza. (C) Analisi SEM eseguita sull’idrogel liofilizzato. (D – F) Oggetti 3D stampati dall’acqua (D) e dalla soluzione del mezzo di coltura (E, F).

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