Impalcatura di policaprolattone / fibroina di seta biomeccanicamente, strutturalmente e funzionalmente meticolosamente adattata per la rigenerazione del menisco

Cina: Bioprinting Policaprolactone / Impalcature di fibroina di seta per migliorare la rigenerazione del menisco

I ricercatori cinesi sperano di migliorare i risultati medici per i pazienti con problemi alle articolazioni del ginocchio. Il loro recente studio, ” Impalcatura di policaprolattone / fibroina di seta biomeccanicamente, strutturalmente e funzionalmente meticolosamente adattata per la rigenerazione del menisco “, delinea il loro recente studio.

La carenza di menisco è una malattia delle articolazioni del ginocchio, che può anche svilupparsi ulteriormente nell’osteoartrite, una malattia degenerativa che può continuare a peggiorare e causare dolore. Gli autori osservano che il fissaggio del menisco può essere irto di difficoltà, con le tecniche più comuni di oggi che sono la sutura del menisco, la meniscectomia parziale o totale e il trapianto di allotrapianto.

Nella speranza che la bioprinting possa apportare cambiamenti radicali nell’area della rigenerazione, hanno sviluppato un nuovo scaffold per menisco fatto di policaprolattone (PCL) / fibroina di seta (SF). Tali tecniche possono essere efficaci, ma sfortunatamente non scongiurano l’artrosi. Anche il trapianto di allotrapianto può funzionare, ma la ricerca mostra che nel tempo i risultati si dimostrano ancora “insoddisfacenti e incerti”.

“Inoltre, nessuno degli impianti commerciali può ripristinare perfettamente o sostituire permanentemente il tessuto naturale del menisco, risolvere efficacemente i sintomi dopo la meniscectomia e prevenire le malattie degenerative della cartilagine”, affermano i ricercatori. “Nelle lesioni complesse del menisco, l’incapacità dell’intervento chirurgico di recuperare le proprietà strutturali, biomeccaniche e funzionali del menisco rimane una grande sfida.”

Mentre il PCL è stato utilizzato in precedenza nella stampa 3D, la maggior parte degli studi o della sperimentazione non è stata correlata al rafforzamento delle proprietà meccaniche; tuttavia, i ricercatori hanno teorizzato che il PCL potrebbe offrire il potenziale per proprietà meccaniche “robuste” e strutture biomimetiche. Il rovescio della medaglia potrebbe essere “il rischio di attrito della cartilagine articolare e la mancanza di bionici funzionali biologici”.

I ponteggi del menisco biomimetico sono stati creati su un bioplotter 3D.

Illustrazione schematica. (A) Fabbricazione e reticolazione dei ponteggi. (B) Ottimizzazione funzionale dei ponteggi. (C) Valutazione della biocompatibilità in vitro. (D) Impianto in vivo.

Procedure di reticolazione dei ponteggi. (A) Meccanismo di reticolazione proposto di SF in γ-irradiazione. (B) Coniugazione del peptide L7 sui ponteggi. (C) Cambiamenti secondari della struttura di SF dopo il trattamento con etanolo. (D) spettri FTIR dei campioni: (1) soluzione di pura seta, (2) SF dopo reticolazione γ ed elaborazione di etanolo, (3) SF-PCL dopo reticolazione γ ed elaborazione di etanolo, (4) PCL non trattato.

“La rete di reticolazione γ pre-creata non solo ha fornito una struttura di supporto preliminare per il sistema materiale, ma ha anche influenzato la distribuzione e le dimensioni dei nuovi domini di fogli β reticolanti fisici, che hanno contribuito alla resistenza, all’elasticità e alla stabilità di la spugna di SF “, hanno dichiarato i ricercatori.

Quando gli scaffold PS iniziano a mostrare segni di degrado, i ricercatori hanno notato sia un lento degrado del PCL che un più rapido degrado degli scaffold SF. Il rapporto tra i campioni ha dimostrato un equilibrio tra proprietà biomeccaniche, corrispondenti al nuovo menisco.

Biocompatibilità, reclutamento e differenziazione condrogenica degli SMSC negli scaffold in vitro e in vivo. (A) i) Il reclutamento di SMSC è stato verificato utilizzando il test di immunofluorescenza dopo 1 settimana di impianto con diversi scaffold in vivo. ii) La vitalità degli SMSC è stata analizzata mediante colorazione Live / Dead 3 giorni dopo la semina su diversi scaffold senza incubazione condrogenica. iii) La morfologia degli SMSC è stata osservata mediante saggio Phalloidin / Hoechst dopo 3 giorni di coltura con diversi scaffold senza induzione condrogenica. (B) Numero di cellule CD29 + / CD90 + doppie positive su diversi scaffold in vivo a 1 settimana dopo l’intervento chirurgico. (C) Numero di cellule effluenti a 12 e 24 ore dopo la semina di SMSC su diversi scaffold in vitro. (D) La vitalità degli SMSC in diversi gruppi è stata osservata dal saggio alamarBlue, e il valore OD in ciascun punto è stato normalizzato rispetto alla media del primo giorno in ciascun gruppo. Nessuna differenza significativa tra i diversi gruppi è stata osservata nello stesso momento. (EG) Produzione di matrici cartilaginee in diversi scaffold: (EF) produzione Col I e ​​Col II quantificata da ELISA; (G) Test GAG. (HK) espressione genica specifica della cartilagine di Col I, Col II, Sox 9 e ACAN (n = 6, * p <0,05).

Osservazione macroscopica, valutazione biomeccanica e dell’infiammazione del menisco rigenerato in vivo. (AB) Osservazione macroscopica delle articolazioni a 12 settimane e 24 settimane dopo l’impianto. (barra della scala = 10 mm) Il menisco mediale asportato dal plateau tibiale è mostrato a destra. Il gruppo in bianco non ha ricevuto alcun impianto dopo la meniscectomia mediale totale. (CD) Test biomeccanico degli impianti in ogni momento (12 settimane e 24 settimane) (n = 4, * p <0,05). (E) Evidenza istologica del sinovia a 1, 3, 6 settimane dopo l’intervento chirurgico (scala bar = 200 µm). (F) Test quantitativo di Interleuchina-1 nel liquido sinoviale a 1, 3, 6, 12 e 24 settimane dopo l’intervento. (G) Test quantitativo di necrosi tumorale fattore-α nel liquido sinoviale a 1, 3, 6, 12 e 24 settimane dopo l’intervento. (n = 6, ** p <0,01 contro 1 settimana)

“Con i vantaggi dell’architettura biomimetica, della capacità di reclutamento di SMSC e delle eccellenti caratteristiche biomeccaniche, lo scaffold ha fornito un eccellente microambiente per il reclutamento, la conservazione, la proliferazione, la differenziazione e la produzione di ECM di SMSC”, hanno concluso i ricercatori. “Inoltre, l’impalcatura mostrava proprietà biomeccaniche superiori e un’eccellente rigenerazione e condroprotezione del menisco anisotropico.”

“Rispetto alle tradizionali terapie a base cellulare, il presente studio fornisce un nuovo approccio per la riparazione e la rigenerazione del menisco in una fase con i vantaggi di ridurre i costi ed evitare operazioni secondarie. Pertanto, l’impalcatura PS-L7 sviluppata nel presente studio mostra un enorme potenziale per la traduzione clinica nell’ingegneria dei tessuti del menisco. ” “]

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