Su Nature un nuovo biomateriale formato da ossido di grafene con una proteina è in grado di replicare il tessuto vascolare

Un nuovo studio, pubblicato su Nature Communications , descrive in dettaglio la stampa 3D dell’ossido di grafene con una proteina che può organizzarsi in strutture tubulari che replicano i tessuti vascolari. La ricerca è guidata dal professor Alvaro Mata presso l’ Università di Nottingham e la Queen Mary University di Londra .

Il professor Mata spiega: “Questo lavoro offre opportunità di biofabbricazione consentendo la bioprinting 3D top-down simultanea e l’autoassemblaggio bottom-up di componenti sintetici e biologici in modo ordinato dalla nanoscala. Qui, stiamo biofabricando strutture fluidiche simili a capillari su microscala che sono compatibili con le cellule, presentano proprietà fisiologicamente rilevanti e hanno la capacità di resistere al flusso. “

Mata aggiunge: “Ciò potrebbe consentire la ricreazione della vascolarizzazione in laboratorio e avere implicazioni nello sviluppo di farmaci più sicuri ed efficienti, il che significa che i trattamenti potrebbero potenzialmente raggiungere i pazienti molto più rapidamente”.

Immagine al microscopio elettronico a scansione raffigurante cellule endoteliali che crescono sulla superficie delle strutture tubolari stampate. Immagine tramite l’Università di Nottingham.
Immagine al microscopio elettronico a scansione raffigurante cellule endoteliali che crescono sulla superficie delle strutture tubolari stampate. Immagine tramite l’Università di Nottingham.
Materiali autoassemblanti

La proprietà dell’autoassemblaggio è descritta come componenti multipli che si organizzano in strutture più grandi e ben definite, lavorando all’unisono verso un obiettivo comune. Molti sistemi biologici si basano sull’autoassemblaggio per riunire blocchi molecolari per assemblare sistemi più grandi e complessi che presentano funzionalità utili. I processi vitali di crescita, replicazione e riparazione dipendono tutti dall’autoassemblaggio.

Il nuovo biomateriale scoperto nello studio è il risultato dell’autoassemblaggio dell’ossido di grafene con una proteina. I ricercatori hanno osservato che le regioni flessibili e disordinate della proteina si conformano alla struttura più uniforme dell’ossido di grafene, creando una forte interazione tra i due. Controllando con precisione il modo in cui i due componenti vengono miscelati, gli scienziati hanno scoperto che era possibile guidare il processo di assemblaggio in presenza di cellule per produrre strutture complesse e robuste.

Il biomateriale del risultato finale può quindi essere utilizzato come bioink per la stampa 3D di strutture complesse con risoluzioni fini. Il team ha costruito con successo strutture di emulazione vascolare in presenza di cellule. Le strutture sviluppate nello studio hanno mostrato le proprietà chimiche e meccaniche pertinenti che hanno permesso loro di raggiungere il loro scopo.

Primo piano di una struttura tubolare realizzata mediante stampa simultanea e autoassemblaggio tra ossido di grafene e una proteina. Immagine tramite l’Università di Nottingham.
Primo piano di una struttura tubolare realizzata mediante stampa simultanea e autoassemblaggio tra ossido di grafene e una proteina. Immagine tramite l’Università di Nottingham.
Il dottor Yuanhao Wu, ricercatore capo del progetto, ha dichiarato: “C’è un grande interesse nello sviluppo di materiali e processi di fabbricazione che emulino quelli della natura. Tuttavia, la capacità di costruire materiali e dispositivi funzionali robusti attraverso l’autoassemblaggio di componenti molecolari è stata finora limitata. Questa ricerca introduce un nuovo metodo per integrare le proteine ​​con l’ossido di grafene mediante l’autoassemblaggio in un modo che può essere facilmente integrato con la produzione additiva per fabbricare facilmente dispositivi biofluidici che ci consentono di replicare parti chiave dei tessuti e degli organi umani in laboratorio. ”

A causa della criticità dei bioink nella bioprinting 3D, sono state condotte molte ricerche sull’argomento. Gli ingegneri della Rutgers University del New Jersey hanno precedentemente sviluppato la propria versione di bioink che consente la costruzione di scaffold per supportare la crescita dei tessuti umani. Significativamente, la rigidità delle impalcature può essere controllata a seconda della miscela di inchiostro utilizzata , consentendo applicazioni per la riparazione o la sostituzione di diversi tipi di tessuti.

Altrove, i ricercatori di Chicago hanno anche recentemente compiuto progressi verso lo sviluppo del bioink, mirando alla stampa 3D di ovaie umane funzionali . Mentre si prevede che la fabbricazione di interi organi sarà ancora lontana decenni, questi studi hanno prodotto importanti risultati per progredire nel campo della bioprinting.

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