Un vaso sanguigno artificiale fabbricato con la stampa 3D per applicazioni farmaceutiche

Ricercatori che stampano in 3d vasi sanguigni artificiali per il trattamento delle malattie cardiovascolari

Nel loro articolo pubblicato di recente, ” Un vaso sanguigno artificiale fabbricato dalla stampa 3D per applicazioni farmaceutiche “, i ricercatori discutono non solo dei pericoli delle malattie cardiovascolari come la causa numero uno della mortalità per gli anziani, ma anche di nuovi metodi tramite la stampa 3D per la creazione di sangue artificiale Vasi che potrebbero migliorare la qualità della vita dei pazienti, insieme a ridurre l’arresto cardiaco e le infezioni, in futuro.

Storicamente, i vasi sanguigni artificiali (ABV) hanno presentato così tante sfide che i ricercatori hanno cercato per altri metodi di supporto vascolare. In questo studio, i ricercatori tentano di stampare in 3D un nuovo vaso sanguigno bio-composito artificiale con materiali polimerici e nanoparticelle bioceramiche; in particolare, il poliuretano termoplastico usato (TPU) composto da nanopolvere di idrossiapatite (HA) nanocristallina.

In nessun modo tale sperimentazione è nuova per gli scienziati, con una documentazione risalente al 1912 che afferma che i ricercatori hanno iniziato a utilizzare una combinazione di tubi di metallo e vetro per realizzare arterie artificiali per cani che necessitavano di un intervento al cuore. Altri più tardi, studi più progressivi mostrano che i ricercatori sono stati in grado di creare substrati polimerici per la sostituzione delle arterie. Il farmaco è stato il metodo predominante per il trattamento di pazienti con malattia cardiovascolare (CVD), sebbene con la chirurgia.

Mentre i ricercatori iniziarono il loro viaggio per fabbricare le vene artificiali, molta considerazione fu data al materiale biocompatibile appropriato. Il filamento è stato creato in tre passaggi separati:

La polvere di HA nanocristallina è stata creata con osso bovino, macinata per dieci ore e quindi riscaldata a 800-850 ° C per tre ore per purificare il materiale.
Il polimero TPU è stato macinato in particelle più piccole e quindi è stato combinato con una concentrazione di polvere di HA.
Il filamento è stato stampato in 3D per creare vene artificiali, ognuna con un diametro di sei millimetri.

ABV progettato in software CAD; a) rami multipli, b) due rami e c) ramo singolo con software di lavoro solido

I ricercatori hanno sottolineato che mentre gli inconvenienti del TPU sono la resistenza all’usura e una certa “mancanza di chiarezza” in diversi solventi, c’erano dei vantaggi, tra cui:

Molta forza
biocompatibilità
Non adesione
Alta polarità
“Il biopolimero TPU è stato miscelato con varie concentrazioni di potenza HA (0, 2,5, 5 e 7,5% in peso) in una macchina a sfere ad alta energia”, hanno spiegato i ricercatori. “Successivamente, le polveri composte miste sono state inserite nella macchina di estrusione ad una specifica velocità di riscaldamento. Successivamente, i risultati ottenuti con il filamento omogeneizzato TPU-HA sono stati estratti e inseriti nella macchina da stampa 3D. “

Dopo aver valutato le proprietà meccaniche e biologiche, i ricercatori hanno scoperto che la biodegradabilità del polimero è stata trasformata e ha influenzato le proprietà meccaniche. Gli ABV sono stati trovati in grado di funzionare nel corpo umano “diverse volte” e sono sopravvissuti alla pressione alta e al movimento della vena polmonare.

“… i nuovi ABV biotecnologici sono stretti, flessibili e resistenti alla coagulazione, mentre hanno anche un sistema di adattamento alle palpitazioni cardiache basate sulla nanotecnologia e il caricamento di specifiche molecole microscopiche all’interno dei legami. L’utilizzo di materiali analitici a livello atomico e molecolare insieme alla nanotecnologia consente queste spine al nucleo magnetico (cellule staminali). Quando le cellule staminali vengono assorbite, coprono l’intera superficie interna dello stelo e diventano cellule endoteliali. L’uso di questi materiali polimerici consente il trapianto negli ABV umani, aiutando a fornire sostanze nutritive ai tessuti del corpo “, affermano i ricercatori.

Il loro vero obiettivo è quello di utilizzare i collegamenti tra arterie coronarie e arti inferiori per prevenire l’arresto cardiaco e l’amputazione. Il team di ricerca sospetta inoltre che gli ABV possano fornire sia la resistenza alla biocompatibilità che alla non tossicità nelle infezioni, oltre a offrire una compatibilità meccanica e del sangue simile al poliuretano. Aggiungono anche che, nell’uso di un vario “movimento triangolare” nella stampa FDM 3D, esiste il potenziale per un vaso più omogeneizzato rispetto ad altri movimenti ad alta porosità, consentendo un migliore controllo della porosità della parete ABV.

Complessivamente, mentre le difficoltà rimangono nell’uso delle vene artificiali, i ricercatori affermano di considerare “vasi selettivi per la sostituzione vascolare”, ma devono essere create alternative, specialmente quelle in grado di accogliere pazienti con vene più piccole.

“Secondo i risultati, la combinazione del modello analitico e della valutazione sperimentale potrebbe essere utilizzata per simulare il comportamento micromeccanico dei vasi sanguigni arteriosi. È anche degno di nota il fatto che la porosità dei vasi sanguigni influisce significativamente sullo stress da taglio e sul modulo elastico delle vene. A questo proposito, i nostri risultati hanno indicato l’effetto significativo del comportamento reologico del sangue sulle variazioni dello sforzo di taglio “, hanno concluso i ricercatori.

“I risultati del presente studio hanno dimostrato l’effetto del tasso di ostruzione, la posizione dei pori e il grado di rinforzo nelle vene sul modulo elastico e sulla porosità del tubo. Inoltre, il comportamento biologico dei campioni ha indicato che l’aggiunta di bioceramica potrebbe migliorare la risposta del modulo elastico dei tubi. “

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