La Stampa 3D usando la seta per realizzare impalcature per la ricerca in medicina rigenerativa


La seta non viene utilizzata solo per realizzare abiti belli e costosi: questa fibra proteica naturale e biocompatibile è molto più forte di quanto sembri. La proteina è composta per il 75% da fibroina biocompatibile e la seta stampata in 3D ha molte applicazioni nel settore medico . L’ Abbott Lab della Carnegie Mellon University ( CMU ), gestito dalla professoressa di ingegneria biomedica Rosalyn Abbott, lavora con la medicina rigenerativa e la scienza dei materiali, studiando come lo sviluppo dei tessuti e le malattie sono influenzati dal microambiente 3D e studiando argomenti come strategie di ingegneria del tessuto adiposo e non valutazioni invasive dei tessuti … e biomateriali della seta.

La studentessa universitaria della CMU Tahlia Altgold ha dichiarato: “La seta è un materiale biomedico davvero incredibile che è stato utilizzato per molto tempo in cose come le suture”.

Altgold è una studentessa universitaria, laureanda in scienza dei materiali e ingegneria biomedica , ed è una ricercatrice presso l’Abbott Lab che lavora per sviluppare una nuova tecnica di stampa 3D per la bioingegneria dell’impalcatura dei tessuti in seta, che lei spiega è “molto biocompatibile”. Il professor Abbott e altri ricercatori del laboratorio sono concentrati sull’uso della seta per creare un’impalcatura in grado di supportare le cellule mentre crescono per scopi di ingegneria dei tessuti.

Questa non è la prima volta che vediamo scaffold di seta stampati in 3D creati in un laboratorio, ma Altgold e il suo mentore Claude King III, un dottorando in ingegneria biomeccanica, stanno lavorando a un modo per farlo senza dover combinare il materiale con altri che potrebbero potenzialmente causare problemi. Questo sarebbe un grande vantaggio per il campo della medicina rigenerativa, che è l’obiettivo specifico di Altgold in laboratorio.

“Stiamo cercando di trovare il giusto metodo di pretrattamento per spingere la soluzione attraverso l’ugello nella stampante 3D in modo che mantenga la sua forma dopo la stampa. La combinazione di questo metodo con l’esperienza di Abbott nei biomateriali ha fatto sentire l’intero progetto internamente, totalmente CMU “, ha spiegato Altgold, facendo riferimento al lavoro che il Feinberg Group dell’università ha completato, risultando in materiale stampabile 3D in forma di gel.

Prima che la seta possa essere utilizzata come impalcatura cellulare per la rigenerazione dei tessuti, la materia prima deve essere elaborata e il professor Abbott ha spiegato che la seta non è la più facile da lavorare a livello cellulare, poiché le proteine ​​devono essere costrette a trattenere il 3D finale forma stampata, come un timpano.

L’abstract di un altro documento di ricerca scritto da alcuni ricercatori dell’Abbott Lab afferma: “Sebbene le proprietà di massa della seta siano state ampiamente esplorate, concentrarsi sulle caratteristiche microscopiche sta diventando sempre più importante, poiché le modifiche a questa scala influenzano in gran parte le proprietà rigenerative risultanti del biomateriale . I cambiamenti strutturali causati dalla fonte, dall’estrazione e dalla lavorazione della seta dovrebbero essere attentamente considerati, poiché influenzeranno la biocompatibilità e la degradabilità della fibroina di seta “.

I bachi da seta sono utilizzati in molti dei progetti di ricerca di Abbott Lab e, per prepararli a questo importante lavoro, Altgold taglia i bozzoli scartati, quindi li fa bollire in una soluzione di bicarbonato di sodio, separando le proteine ​​specifiche necessarie per stampare in 3D scaffold per nuovi tessuti.

“Per colture sostenibili (a lungo termine), gli scaffold 3-D delle proteine ​​della seta forniscono biocompatibilità, caratteristiche porose per il trasporto, proprietà meccaniche robuste ma regolabili, ritengono le dimensioni e strutture porose aperte per periodi di tempo estesi a causa della lenta biodegradazione proteolitica, evitano la segnalazione cellulare specifica e non richiedono alcuna reticolazione chimica. La degradazione della seta può essere estesa per mesi o anni senza un collasso prematuro delle strutture (che provocherebbe necrosi) per supportare le interazioni cellulari durante il lento rimodellamento verso il tessuto nativo. La seta può anche essere fabbricata in diversi formati di materiale, come idrogel, tubi, spugne, materiali compositi, fibre, microsfere e film sottili, fornendo piattaforme e interfacce versatili per una varietà di applicazioni diverse. Per applicazioni di ingegneria dei tessuti sostenibili, sono stati utilizzati molti formati,documento di ricerca incentrato sulla stampa 3D della seta.

A causa di COVID-19, l’Abbott Lab è stato chiuso per un breve periodo di tempo, quindi Altgold ha continuato la sua ricerca a distanza, preparando gli articoli correnti del team per la pubblicazione e leggendo altra letteratura pubblicata sui biomateriali della seta. Ma ora che il laboratorio è di nuovo aperto, in esecuzione con modifiche come parte della riapertura graduale della CMU, il suo lavoro di persona con gli scaffold di seta per la stampa 3D può continuare.

“Il lavoro ora è provare il nostro concetto e perfezionare la metodologia su cui stiamo lavorando. Il laboratorio del dottor Abbott fa esattamente il tipo di lavoro che voglio perseguire. Sono così interessato all’ingegneria dei tessuti e all’utilizzo di cellule diverse attraverso una lente di scienza dei materiali “, ha detto Altgold, che ha ricevuto finanziamenti per lavorare nell’Abbott Lab dall’ufficio di ricerca universitaria della CMU sotto forma di una borsa di studio universitaria estiva (SURF).

La gamma altamente sintonizzabile di proprietà meccaniche, tassi di degradazione e formati dei materiali di Silk derivano da sottili cambiamenti a livello microscopico.

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