Valutazione di impalcature a base di gelatina stampate in 3D con dimensioni dei pori variabili per ingegneria dei tessuti adiposi basata su MSC

Ricercatori belgi e tedeschi esplorano argomenti relativi alla bioprinting, valutando le strutture biocompatibili nella recente pubblicazione ” Valutazione di impalcature a base di gelatina stampate in 3D con dimensioni dei pori variabili per ingegneria dei tessuti adiposi basata su MSC “. Incentrato sulla ricerca di ulteriori soluzioni progressive per i pazienti che hanno subito mastectomie o altri tipi di traumi che coinvolgono i tessuti molli, il team di ricerca ha stampato e valutato in 3D campioni di scaffold a base di gelatina.

Poiché, purtroppo, il carcinoma mammario è sia così comune, sia potenzialmente devastante, per le donne di tutto il mondo, sono in corso continue ricerche su diagnosi, terapia e procedure per la rigenerazione dei tessuti molli. Molti dei metodi odierni, tuttavia, presentano ostacoli: dalle complicazioni microchirurgiche agli alti tassi di riassorbimento. Con l’avvento dell’ingegneria dei tessuti adiposi, esiste il potenziale di rigenerazione attraverso l’integrazione di cellule mesenchimali stromali (MSC) e biomateriali.

In questo studio, la gelatina metacrilata foto-reticolabile (Gel-MA) è il materiale di scelta, a causa di vantaggi come la sua capacità di interagire con le cellule e le somiglianze con il collagene trovato nella matrice extracellulare. Gli autori esaminano il comportamento di differenziazione adipogenica delle MSC derivate dal midollo osseo all’interno di scaffold 3D porosi. Piuttosto che “confinare” le cellule, consentono tre attività chiave: diffusione spaziale, movimento e distribuzione. Con campioni stampati in 3D, il team di ricerca è stato in grado di controllare i parametri e apportare semplici modifiche ai file 3D e alle risultanti stampe 3D.

Utilizzando una forma di stampa 3D basata su estrusione, il team ha variato i ponteggi dei campioni con una distanza tra i 400 e gli 800 µm. Ciò ha comportato corrispondenti dimensioni dei pori di 230 ± 24 µm (400), 302 ± 30 µm (500), 348 ± 28 µm (600) e 531 ± 33 µm (800).

Caratterizzazione chimico-fisica dei ponteggi Gel-MA stampati in 3D. a, b) Immagini rappresentative dei pori insieme alle dimensioni dei pori ottenute per le diverse impalcature. Le barre di scala rappresentano 200 µm. c, d) Curve di sollecitazione contro deformazione ottenute mediante prove di compressione da cui viene determinato il modulo di compressione. e) Rapporto di rigonfiamento di massa dei ponteggi.

Durante la stampa è stato mantenuto il controllo sugli scaffold ad alta fedeltà durante la stampa mantenendo:

Pressione costante (120 kPa)
Temperatura (30 ° C)
Velocità di scrittura (10 mm s − 1)
I ricercatori hanno anche mantenuto la coerenza nel tempo di esposizione ai raggi UV e hanno utilizzato un ugello di alta precisione (150 µm) per creare impalcature stabili, tutte con una larghezza dei montanti simile. Mentre tutti i campioni potevano assorbire acqua, questa capacità era aumentata in quelli con pori più grandi. Nel complesso, il team ha notato una connessione tra le proprietà di rigonfiamento e meccaniche dei ponteggi del campione, a causa del rapporto di rigonfiamento di massa, che stava aumentando, e del modulo di compressione che stava diminuendo.

Differenziazione adipogenica di MSC su ponteggi stampati per estrusione. a) Espressione genica dei marcatori adipogenici PPAR-γ, LPL, FABP e FASN da parte di MSC su TCP rispetto agli scaffold. b) Campo chiaro ec) immagini immunofluorescenti che mostrano goccioline lipidiche ben visibili dopo 8 giorni di coltura in terreno adipogenico. d) Quantificazione della differenziazione adipogenica normalizzando l’area del Nilo Rosso (colora le goccioline lipidiche) al numero di nuclei. Le barre di scala rappresentano 200 µm in tutte le immagini tranne il pannello TCP in (c) dove è 100 µm.

“Sebbene la rigidità del Gel-MA estruso in tutti i gruppi sia di 3-4 kPa che imita la conformità nativa dei tessuti molli, il cambiamento nei moduli di compressione all’aumentare della dimensione dei pori riflette l’integrità strutturale macroscale dei ponteggi”, hanno concluso i ricercatori. “Nei lavori futuri, mantenere una bassa rigidità per promuovere la differenziazione adipogenica e migliorare la stabilità strutturale per migliorare la maneggevolezza dell’impianto potrebbe comportare il rinforzo dell’inchiostro con particelle o fasi secondarie.

“Abbiamo scoperto che le MSC si sono differenziate in modo robusto nel lignaggio adipogenico ugualmente bene in impalcature di tutte le dimensioni dei pori (200–600 µm). Tuttavia, la distribuzione spaziale e l’infiltrazione cellulare variavano in modo tale che scaffold con dimensioni dei pori maggiori (> 500 µm) supportano la differenziazione e l’infiltrazione simultanee. Questi risultati mostrano l’importanza cruciale di considerare parametri di progettazione come la dimensione dei pori nella progettazione di scaffold per la rigenerazione dei tessuti molli 3D. “

Distribuzione spaziale di cellule e goccioline lipidiche negli scaffold. a) sezioni trasversali rappresentative dell’impalcatura colorate con DAPI (nuclei) e Nile Red (goccioline lipidiche) su ciascun tipo di impalcatura che mostrano differenze nell’infiltrazione cellulare e nella distribuzione spaziale delle cellule differenziate adipogenicamente. Quantificazione di b) cell ec) Nile Red area positiva in diverse regioni dell’impalcatura.

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