Il bioprinting e la capacità di stampare con più materiali

Progressi continuano ad essere fatti nel campo del bioprinting , spingendo verso una maggiore  capacità di stampa 3D del tessuto umano .

Uno studio completato da una collaborazione di ricercatori dell’UCLA , Brigham e Women’s Hospital e Harvard Medical School , l’ Università di Santiago de Compostela ,  UC San Diego e la Sharif University of Technology sta introducendo qualcosa di nuovo nel bioprinting 3D: la capacità di stampare con più materiali.

Il bioingegnere  Ali Khademhosseini ,   Levi James Knight Jr., professore di ingegneria presso la Samueli School of Engineering dell’università , e i suoi collaboratori hanno creato un metodo che crea automaticamente biomateriali terapeutici da diversi materiali. La tecnica utilizza una stampante 3D appositamente adattata che può aiutare ad avanzare nel campo della medicina rigenerativa rendendo possibile la stampa 3D di complessi tessuti artificiali su richiesta.

“I tessuti sono strutture meravigliosamente complesse, quindi per progettare versioni artificiali di essi che funzionino correttamente, dobbiamo ricreare la loro complessità. Il nostro nuovo approccio offre un modo per costruire strutture biocompatibili complesse composte da materiali diversi “, ha detto Khademhosseini, che ha anche incarichi di docenza in bioingegneria, ingegneria chimica e biomolecolare e nella scuola di medicina David Geffen dell’università .
Lo studio, intitolato ” Bioprinting stereolitografico senza maschera multimateriale abilitato a microfluidica ” , è stato finanziato dall’Ufficio di ricerca navale e dal National Institutes of Health  e recentemente pubblicato su Advanced Materials .

L’abstract recita: “Viene presentata una piattaforma di bioprinting basata sulla stereolitografia per la fabbricazione multimateriale di costrutti idrogel eterogenei. Il patterning dinamico mediante un dispositivo micromirror digitale, sincronizzato da uno stadio mobile e un dispositivo microfluidico contenente quattro valvole pneumatiche on / off, viene utilizzato per creare costrutti 3D. Il nuovo dispositivo microfluidico è in grado di passare rapidamente da diversi bioink di idrogel caricati su cellule, per ottenere bioprinting multimateriale strato per strato. Rispetto ai convenzionali bioprintessori basati su stereolitografia, il sistema offre l’esclusivo vantaggio della capacità di fabbricazione multimateriale ad alta risoluzione spaziale. Per dimostrare la capacità multimateriale di questo sistema, vengono generati una varietà di costrutti idrogel, compresi quelli a base di poli (etilenglicole) diacrilato (PEGDA) e gelatina metacrilile (GelMA). La biocompatibilità di questo sistema è convalidata dall’introduzione di GelMA caricato a celle nel dispositivo microfluidico e nella fabbricazione di costrutti cellulari. Un modello di un frame PEGDA e tre diverse concentrazioni di GelMA, caricati con fattore di crescita vascolare endoteliale, sono ulteriormente valutati per il suo potenziale di neovascolarizzazione in un modello di ratto. Il sistema proposto fornisce una solida piattaforma per la biostampa di microstrutture multimateriali ad alta fedeltà su richiesta per applicazioni nell’ingegneria dei tessuti, medicina rigenerativa e biosensori, che altrimenti non sono facilmente ottenibili ad alta velocità con le tradizionali piattaforme di biofabbricazione stereolitografica. ” La biocompatibilità di questo sistema è convalidata dall’introduzione di GelMA caricato a celle nel dispositivo microfluidico e nella fabbricazione di costrutti cellulari. Un modello di un frame PEGDA e tre diverse concentrazioni di GelMA, caricati con fattore di crescita vascolare endoteliale, sono ulteriormente valutati per il suo potenziale di neovascolarizzazione in un modello di ratto. Il sistema proposto fornisce una solida piattaforma per la biostampa di microstrutture multimateriali ad alta fedeltà su richiesta per applicazioni nell’ingegneria dei tessuti, medicina rigenerativa e biosensori, che altrimenti non sono facilmente ottenibili ad alta velocità con le tradizionali piattaforme di biofabbricazione stereolitografica. ” La biocompatibilità di questo sistema è convalidata dall’introduzione di GelMA caricato a celle nel dispositivo microfluidico e nella fabbricazione di costrutti cellulari. Un modello di un frame PEGDA e tre diverse concentrazioni di GelMA, caricati con fattore di crescita vascolare endoteliale, sono ulteriormente valutati per il suo potenziale di neovascolarizzazione in un modello di ratto. Il sistema proposto fornisce una solida piattaforma per la biostampa di microstrutture multimateriali ad alta fedeltà su richiesta per applicazioni nell’ingegneria dei tessuti, medicina rigenerativa e biosensori, che altrimenti non sono facilmente ottenibili ad alta velocità con le tradizionali piattaforme di biofabbricazione stereolitografica. ” sono ulteriormente valutati per il suo potenziale di neovascolarizzazione in un modello di ratto. Il sistema proposto fornisce una solida piattaforma per la biostampa di microstrutture multimateriali ad alta fedeltà su richiesta per applicazioni nell’ingegneria dei tessuti, medicina rigenerativa e biosensori, che altrimenti non sono facilmente ottenibili ad alta velocità con le tradizionali piattaforme di biofabbricazione stereolitografica. ” sono ulteriormente valutati per il suo potenziale di neovascolarizzazione in un modello di ratto. Il sistema proposto fornisce una solida piattaforma per la biostampa di microstrutture multimateriali ad alta fedeltà su richiesta per applicazioni nell’ingegneria dei tessuti, medicina rigenerativa e biosensori, che altrimenti non sono facilmente ottenibili ad alta velocità con le tradizionali piattaforme di biofabbricazione stereolitografica. ”

Khademhosseini, anche direttore del Center for Minimally Invasive Therapeutics e direttore associato del  California NanoSystems Institute , ha progettato una stampante 3D personalizzata, che la nuova tecnica stereolitografica del team utilizza per stampare in 3D le strutture dei tessuti dei vari idrogel. Il bioprinter ha due componenti importanti: un chip microfluidico su misura che ha più ingressi, ognuno dei quali stampa un materiale diverso, e un microspecchio digitale, che ha una serie di oltre un milione di piccoli specchi in movimento indipendente.

I microspecchi vengono utilizzati per dirigere la luce sulla superficie di stampa, che illumina il contorno dell’oggetto stampato in 3D e attiva i legami molecolari che fanno sì che i materiali si fissino in un solido. Durante la stampa 3D, l’esclusivo mirror array indica la forma dei successivi nuovi livelli commutando il pattern di luce.

Innanzitutto, i ricercatori si sono concentrati solo sulla creazione di forme semplici, come le piramidi, ma presto passarono a strutture 3D complesse che imitavano i tessuti connettivi muscolo-scheletrici e le parti del tessuto muscolare. Hanno anche stampato forme 3D che potrebbero eventualmente essere utilizzate come modelli biologici per lo studio del cancro, in quanto imitavano i tumori con le reti dei vasi sanguigni. Queste strutture stampate in 3D sono state impiantate con successo nei ratti e non sono state rifiutate.

L’innovativa tecnica di bioprinting del team rappresenta un importante progresso rispetto al convenzionale bioprinting stereolitografico, che utilizza un solo tipo di materiale, in quanto è il primo a utilizzare più materiali per la biostampa stereolitografica automatizzata. Il bioprinter dimostrativo ha utilizzato un totale di quattro tipi di bioink, ma secondo i ricercatori, il processo è in grado di “accogliere il maggior numero di inchiostri necessari”.Gli autori del documento includono il primo autore Amir K. Miri, Daniel Nieto, Luis Iglesias, Hossein Goodarzi Hosseinabadi, Sushila Maharjan, Guillermo U. Ruiz-Esparza, Parastoo Khoshakhlagh, Amir Manbachi, Mehmet Remzi Dokmeci, Shaochen Chen, Su Ryon Shin, co – autore anziano Yu Shrike Zhang e Khademhosseini.

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