La stampa 3D criogenica migliora il bioprinting per la rigenerazione ossea

I ricercatori cinesi continuano nella ricerca per migliorare i metodi per la rigenerazione ossea, pubblicando i loro risultati in ” Stampa 3D criogenica di scaffold a doppia consegna per una migliore rigenerazione ossea con una vascolarizzazione potenziata “.

È emersa un’ampia gamma di progetti riguardanti nuove tecniche per la rigenerazione ossea, specialmente negli ultimi cinque anni, poiché la stampa 3D è diventata più radicata nel mainstream e la bioprinting ha continuato ad evolversi. La rigenerazione ossea è costantemente impegnativa e, sebbene il bioprinting sia ancora relativamente nuovo come campo, sono stati compiuti progressi notevoli grazie alla sperimentazione di nuovi materiali , nanotubi e strutture innovative .

La vitalità cellulare è solitamente il problema più grande. L’ingegneria dei tessuti, pur avendo molto più successo in questi giorni, è ancora un processo estremamente delicato poiché le cellule non devono solo essere coltivate ma anche sostenute in laboratorio. Per questo motivo, gli scienziati lavorano sempre per migliorare strutture come gli scaffold, poiché nella maggior parte dei casi sono responsabili del supporto delle cellule stampate. In questo studio, gli autori sottolineano la necessità di “eccellente osteogenesi e vascolarizzazione” nella rigenerazione ossea.

In questo caso, i ricercatori hanno utilizzato la stampa 3D criogenica, in cui il cambiamento di fase tra liquido e solido viene utilizzato per innescare la polimerizzazione per creare oggetti estremamente morbidi che possono mantenere la loro forma. Gli autori hanno stampato in 3D scaffold a doppia consegna utilizzando una combinazione di fosfato β-tricalcico (β-TCP) e un peptide osteogenico (OP) contenente inchiostri a emulsione composita. La stampa 3D criogenica ha generalmente comportato la stampa 3D di un materiale gelatinoso a bassa temperatura , in modo tale da essere depositato come un solido o congelare la struttura semiliquida stampata al momento della fabbricazione. Questi metodi si traducono spesso in strutture più praticabili per l’ingegneria dei tessuti e sono diventati più popolari nella ricerca negli ultimi anni.

Qui, i ricercatori hanno agitato il materiale TCP per 30 minuti in un bagno di acqua ghiacciata (da qui “criogenico”) prima di combinarlo con l’OP e stamparlo in una stampante speciale. Gli scaffold risultanti sono stati quindi liofilizzati per rimuovere l’acqua e gli inchiostri di emulsione composita con cui è stato miscelato l’OP. Gli scaffold sono stati quindi rivestiti in peptide angiogenico (AP) contenente collagene, gelificati per 30 minuti a 37 ° C ed essiccati a temperatura ambiente. Mentre l’uso dell’OP aveva lo scopo di promuovere l’osteogenesi, o crescita ossea, l’AP aveva lo scopo di promuovere l’angiogenesi, la formazione di nuovi vasi sanguigni.

Illustrazione schematica della fabbricazione di scaffold compositi TCP / PLGA forniti da AP e OP tramite stampa 3D criogenica e successivo rivestimento in idrogel. Lo scaffold può essere impiantato nei difetti ossei per indurre a migliorare la rigenerazione ossea con la vascolarizzazione richiesta.

Durante la caratterizzazione dei materiali, insieme a studi in vitro e in vivo, i ricercatori hanno scoperto che gli scaffold di rilascio a doppio peptide fornivano “una migliore formazione di nuovo osso” quando testati sui ratti, oltre a fornire una migliore vascolarizzazione nel tessuto.

Nello studio delle proprietà meccaniche, i ricercatori hanno scoperto che l’idrogel di collagene I mostrava bassa resistenza alla compressione e modulo elastico, mentre gli scaffold T e TB mostravano forza e modulo elastico molto più vicini a quelli dell’osso umano.

“Si è anche scoperto che l’ulteriore rivestimento di idrogel di collagene I sugli scaffold di ingegneria del tessuto osseo (cioè, scaffold TV e TVB), è stata osservata solo una leggera riduzione della resistenza alla compressione e del modulo elastico, suggerendo che l’ingegneria del tessuto osseo stampato in 3D criogenico Gli scaffold rivestiti con un sottile strato di collagene I idrogel sono meccanicamente adatti per riparare / rigenerare il tessuto osseo difettoso “, hanno spiegato i ricercatori.

Morfologia e proprietà meccaniche degli scaffold OP / TCP / PLGA e AP / collagene / OP / TCP / PLGA. (a) e (e): immagini digitali; (bd, fh): micrografie SEM di diversi scaffold a diversi ingrandimenti; (i) resistenza alla compressione di scaffold e controlli; (j) modulo elastico di scaffold e controlli. T, TV, TB, TVB si riferiscono rispettivamente a TCP / PLGA, AP / collagene / TCP / PLGA, OP / TCP / PLGA, AP / collagene / OP / TCP / PLGA.

Lo studio in vitro ha mostrato un rapido rilascio di AP fino al livello del 58% per i gruppi TV e TVB, ma ha raggiunto un plateau dieci giorni dopo. Il rilascio di OP dagli scaffold TB ha mostrato un “livello di rilascio più sostenuto”. Questo risultato è stato raggiunto al 79% dopo 42 giorni.

Comportamento di rilascio in vitro e comportamento di degradazione degli scaffold di rilascio a doppio peptide. a) comportamento al rilascio del peptide angiogenico e del peptide osteogenico in un periodo di prova di 42 giorni; (b) peso rimanente degli scaffold di consegna a doppio peptide e dei controlli in un periodo di prova di 8 settimane.

Studi in vivo hanno dimostrato che la rigenerazione ossea è stata visualizzata solo nell’area periferica del difetto cranico nei ratti. I difetti con scaffold T e TV mostravano una rigenerazione incompleta, mentre le cavità all’interno degli scaffold TB erano riempite con nuovo tessuto osseo, a parte uno spazio tra gli scaffold e i difetti. Gli scaffold TVB hanno mostrato un “grande miglioramento” con la rigenerazione dei difetti cranici.

Molto probabilmente, gli scaffold TVB hanno mostrato la maggior quantità di rigenerazione a causa dell’angiogenesi e dell’osteogenesi provocate dall ‘”effetto sinergico” di AP e OP. Nel complesso, l’angiogenesi in vitro è stata migliorata, mentre è stata anche migliorata la differenziazione osteogenica in vitro.

Analisi istologica dei tessuti rigenerati nei difetti cranici del ratto 3 mesi dopo l’impianto di diversi scaffold attraverso la colorazione tricromica di Masson. Note: “S” rappresenta il patibolo; “Freccia rossa” indica la nave; “Stella gialla” indica il nuovo osso e l’osteoide. (Per l’interpretazione dei riferimenti al colore nella legenda di questa figura, si rimanda il lettore alla versione Web di questo articolo.)

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