Stampa 3D Aerosol Jet per sviluppare l’interfaccia neuronale con maggiore capacità antiinfiammatoria

La stampa 3D è stata usata in passato per aiutare a curare le malattie degenerative o almeno per renderle più facili da gestire . In termini di malattie neurodegenerative, vengono spesso utilizzati dispositivi protesici impiantati, ma reazioni avverse biologiche nei tessuti dell’ospite possono causare il fallimento del segnale. è importante creare un tessuto in grado di simulare le proprietà meccaniche e strutturali dei dispositivi impiantati neurali, e mentre gli impianti flessibili basati su polimeri hanno contribuito ad alleviare alcuni infortuni, lo stress meccanico non corrisponde esattamente al tessuto cerebrale. Ecco perché sono state condotte molte ricerche sull’uso di compositi polimerici conduttivi (CP) o idrogel conduttivo per rivestire i dispositivi in ​​modo da migliorare la biocompatibilità e le prestazioni elettrochimiche degli elettrodi neurali.

Tuttavia, un team di ricercatori provenienti da Cina e Taiwan afferma che è più importante progettare rivestimenti biocompatibili per dispositivi impiantati che imitano le proprietà meccaniche e strutturali dei tessuti cerebrali, in modo da ridurre le risposte tissutali dopo l’utilizzo a lungo termine.

I ricercatori ritengono che i rivestimenti nanostrutturali 3D debbano essere sviluppati per le regioni isolate e non per i siti degli elettrodi dell’impianto, in modo che gli impianti possano interfacciarsi con i tessuti cerebrali vicini con maggiore stabilità. Hanno spiegato le loro scoperte in un articolo pubblicato di recente, intitolato ” Interfacce basate su nanocarrier modellabili a base di farmaci 3D modellabili per migliorare la registrazione del segnale e ridurre la degenerazione neuronale nell’impianto neurale “.

“Sebbene siano stati sviluppati rivestimenti di substrati a base di nanomateriali incorporati in sistemi di rilascio di farmaci come le nanoparticelle di poli (acido lattico-co-glicolico) (PLGA), pHEMA, o la matrice incorporata di nanoparticelle PLGA, questi sistemi mancano di proprietà fisiche e chimiche stabili per riducendo le risposte dei tessuti, tra cui un’interfaccia nanostrutturale appropriata, proprietà meccaniche e capacità di biofouling “, hanno scritto i ricercatori. “I rivestimenti multifunzionali incorporati nei farmaci devono essere sviluppati e integrati nelle interfacce neurali nanostrutturali per consentire il rilascio prolungato di molecole bioattive (farmaci antinfiammatori) e la costruzione simultanea di un microimprovviso di tessuto cerebrale ma microinibitore per ridurre sia le reazioni infiammatorie acute che croniche durante impianto a lungo termine. ”
I ricercatori hanno utilizzato la stampa 3D aerosol jet per sviluppare un’interfaccia neuronale con capacità antinfiammatoria prolungata, proprietà strutturali e meccaniche che mimano il tessuto cerebrale e una proprietà non violante sostenuta al fine di inibire l’incapsulamento del tessuto.

Usando la stampa aerosol jet, le sospensioni OPMSC sono state modellate direttamente su una sonda neurale per creare un’interfaccia neurale antinfiammatoria.
“Con l’integrazione della tecnologia di produzione nanometrica e dei nanomateriali multifunzionali negli impianti neurali, possiamo ridurre ampiamente le risposte dei tessuti reattivi, fornire una protezione continua dei neuroni sopravvissuti e garantire l’affidabilità a lungo termine delle prestazioni degli impianti”, hanno spiegato i ricercatori.
Hanno creato una nuova interfaccia neurale basata su nanocarrier 3D che potrebbe essere utilizzata per supportare l’impianto neurale a lungo termine, oltre a ottenere una migliore terapia per le malattie croniche e degenerative. I ricercatori hanno utilizzato una “nuova combinazione di nanocarriers zwitterionici antiossidanti e tecnologia di produzione nanometrica” ​​per realizzare l’interfaccia. Il team ha sviluppato un nuovo tipo di nanogel anti-infiammatorio, basato sul chitosano N-0-carbossilico modificato (PMSC) polidimetilsilossano modificato (PMSC) incorporato con oligo-proantocianidina (OPC), chiamato OPMSC.

“L’OPC naturale può essere usato come un anti-infiammatorio a causa dei suoi effetti terapeutici multipotenti sulle malattie neurodegenerative”, hanno spiegato i ricercatori. “Inoltre, data l’abbondanza di gruppi idrossile e l’architettura aromatica, l’OPC semi-idrofilo può agire come uno stabilizzatore strutturale per aiutare l’auto-adesione dei nanogel, facendo evolvere la struttura in un’interfaccia neurale anti-infiammatoria biostabile 3D.”
Il team ha fabbricato direttamente nanogel OPMSC su una membrana utilizzando la tecnologia di stampa aerosol jet, perché si tratta di una tecnologia a bassa temperatura. Quando si sviluppano impianti neurali, le proprietà meccaniche sono la preoccupazione principale, motivo per cui i ricercatori hanno condotto un test di trazione, tra gli altri esperimenti, sulla loro nuova interfaccia neurale basata su nanocarrier 3D, che è stata anche impiantata nei roditori.

“Dopo l’impianto in vivo a breve e lungo termine, la sonda neurale rivestita con OPMSC ha mostrato un valore di impedenza relativamente più basso e una stabilità del segnale molto più elevata rispetto alla sonda non rivestita”, hanno concluso i ricercatori. “L’ADC ottenuto mediante risonanza magnetica (MRI) ha dimostrato che la sonda rivestita da OPMCS alleviava l’edema nella fase acuta e riduceva ulteriormente il trauma tissutale nella fase cronica. L’immunocolorazione di anti-NeuN, anti-ED1 e anti-GFAP attorno al sito impiantato ha ulteriormente dimostrato che la sonda rivestita con OPMSC ha ridotto significativamente la popolazione di microglia e astrociti attivati ​​per tutte le durate, con conseguente aumento della sopravvivenza a 28 d dopo l’impianto. Tali sonde neurali rivestite con OPMSC nanostrutturate multifunzionali possono fornire un’interfaccia neurale funzionale duratura per l’impianto neurale a lungo termine. ”
Co-autori del documento sono Wei-Chen Huang, Hsin-Yi Lai, Li-Wei Kuo, Chia-Hsin Liao, Po-Hsieh Chang, Ta-Chung Liu, San-Yuan Chen e You-Yin Chen.

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