Fabbricazione e caratterizzazione meccanica delle strutture biologiche verticali uniformi e a gradiente stampate in 3D per l’ingegneria tissutale ossea e osteocondrale

Gli scienziati della Rice University e dell’University of Maryland (UMD) hanno delineato una nuova proof-of-concept per la stampa 3D del tessuto osseo artificiale. Con i risultati pubblicati in Acta Biomaterialia , la speranza è che tali tessuti possano un giorno aiutare a danneggiare l’artrite e gli incidenti sportivi.

Sean Bittner, uno studente laureato in bioingegneria del terzo anno alla Rice, collega della National Science Foundation e autore principale dell’articolo, ha dichiarato: “Gli atleti sono colpiti in modo sproporzionato da questi infortuni, ma possono colpire tutti”.

“PENSO CHE QUESTO SARÀ UN POTENTE STRUMENTO PER AIUTARE LE PERSONE CON LESIONI SPORTIVE COMUNI.”

Il concetto di osso artificiale di riso e UMD utilizza scaffold di cellule stampate in 3D. C reated alla Rice Biomateriali Lab, queste strutture sperimentali sono state fatte da una miscela personalizzata di polimero e materiale ceramico. Il design seguito nella stampa 3D è stato creato per imitare la struttura del tessuto osteocondrale con pori interni.

Il risultato finale è un materiale che imita sia la cartilagine (tessuto condrale) che l’osso (osteo). Dopo l’essiccazione, gli scaffold sono stati sottoposti a rigorosi test di compressione, che hanno dimostrato di essere meccanicamente comparabili all’osso naturale.

Diagramma che mostra la stratificazione del composto ceramico / polimero per produrre una replica tissutale osteocondrale porosa. Immagine via Acta Biomaterialia
Alla fine, applicando tali strutture al corpo, l’ obiettivo è quello di migliorare il trattamento delle lesioni in cui si rompono piccole crepe e pezzi di ossa di tesi. P vantaggi otential di tali impianti comprendono la capacità di favorire la crescita interna delle cellule e vasi sanguigni. ” Per la maggior parte, la composizione sarà la stessa da paziente a paziente”, spiega Bittner, “C’è una porosità inclusa in modo che la vascolatura possa crescere dall’osso nativo. Non dobbiamo fabbricare i vasi sanguigni da soli. “

Quest’ultima ricerca si aggiunge a una crescente raccolta di studi sull’osso stampato in 3D. In alcuni casi, sono già stati condotti studi sui modi per creare impianti stampati in 3D che si dissolvono quando un osso guarisce. Per esempio, scienziati e chirurghi della NYU School of Medicine e del NYU College of Dentistry di New York sono riusciti a dimostrare che gli impianti stampati 3D possono essere utilizzati per rigenerare l’osso attraverso piccoli fori nei crani dei topi e pezzi mancanti di arti e mascelle di conigli, fino a 1,2 cm di lunghezza.

Altri studi hanno incluso la stampa 3D in situ direttamente sul punto di una lesione (al contrario di un impianto).

Il futuro del progetto congiunto Rice-UMD riguarderà la realizzazione di impianti di stampa 3D che si adattano perfettamente al paziente desiderato, pur continuando a farlo crescere ea lavorare con l’osso e la cartilagine.

“Andando avanti, la tecnica qui descritta servirà da modello per i costrutti multimateriali più complessi con segnali bioattivi che meglio si adattano alla fisiologia del tessuto nativo e promuovono la rigenerazione dei tessuti”, affermano gli autori.

Antonios Mikos è a capo del bioingegnere e uno degli autori del documento aggiunge: “Quello che abbiamo fatto qui è di grande impatto e può portare a nuove soluzioni per la medicina rigenerativa”.

I risultati completi di questo studio, intitolato ” Fabbricazione e caratterizzazione meccanica degli scaffali verticali uniformi e gradiente stampati in 3D per l’ingegneria tissutale ossea e osteocondrale ” sono pubblicati su Acta Biomaterialia . Il documento è co-autore di Sean M. Bittner, Brandon T.Smith, Luis Diaz-Gomez, Carrigan D.Hudgins, Anthony J.Melchiorri, David W. Scott, John P. Fisher, Antonios G.Mikos.

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