Ricercatori dell’Università Brown utilizzano delle stampanti SLA 3D per stampare biomateriali che “degradano su richiesta”
Gli ingegneri dell’Università Brown hanno sviluppato biomateriali stampabili in 3D che possono “degradare su richiesta”. I materiali potrebbero essere utilizzati per fabbricare dispositivi microfluidici con motivi intricati o per produrre culture dinamiche cellulari.
Una delle aree più interessanti della ricerca della stampa 3D è lo sviluppo di materiali che cambiano dopo la loro stampa. Ad alcuni piace chiamare questa branca “stampa 4D”, mentre altri sono troppo concentrati sulla scienza reale a portata di mano per curarsi della terminologia. Ma comunque la si categorizzi, c’è una grande promessa per i materiali stampati 3D dinamici che passano attraverso i cambiamenti dopo la stampa.
Gli ingegneri della Brown University stanno seguendo la tendenza per i materiali modificabili, avendo sviluppato una tecnica per la realizzazione di biomateriali stampabili in 3D che “degradano su richiesta”. Questa degradazione può avvenire con uno speciale trigger chimico e potrebbe essere utile nella fabbricazione di dispositivi microfluidici , tessuti artificiale e biomateriali che devono rispondere dinamicamente agli stimoli.
“È un po ‘come Legos”, dice Ian Wong, coautore della ricerca e un assistente professore nella Brown’s School of Engineering. “Possiamo collegare i polimeri insieme per costruire strutture 3D e poi disinserirle delicatamente in condizioni biocompatibili”.
Ma il processo di stampa 3D dietro i biomateriali speciali è, naturalmente, molto più complesso di una costruzione con i mattoncini Lego. Infatti, i ricercatori Brown hanno usato una sorta di stereolitografia, il metodo di stampa a base di resina basata sul sistema 3D, di Formlabs e altri, per creare strutture stampate in 3D con legami ionici potenzialmente reversibili.
Wong e gli altri ricercatori dicono che niente di simile è mai stato fatto prima con una macchina SLA, quindi la squadra ha dovuto capire come rendere i biomateriali completamente da soli. Per eseguire la nuova procedura, gli scienziati hanno fatto soluzioni con alginato di sodio, un composto derivato da alghe che è in grado di reticolazione ionica.
Utilizzando diverse combinazioni di sali ionici, tra cui il magnesio, il bario e il calcio, i ricercatori della Brown hanno potuto realizzare oggetti stampati in 3D con vari livelli di rigidità, un fattore che ha influenzato quanto velocemente le strutture si dissolvono.
“L’idea è che gli attaccamenti tra i polimeri dovrebbero venire separati quando gli ioni vengono rimossi, cosa che possiamo fare aggiungendo un agente chelante che afferra tutti gli ioni”, spiega Wong. “In questo modo possiamo creare strutture transitorie che si dissolvono quando vogliamo”.
Quindi, come può essere utile una struttura stampata 3D che si dissolve ? I ricercatori hanno già alcune idee.
Per uno, l’alginato può essere utilizzato come modello per la creazione di dispositivi lab-on-a-chip con canali microfluidici complessi.
“Possiamo stampare la forma del canale usando alginato, quindi stampare una struttura permanente attorno ad essa usando un secondo biomateriale”, afferma Thomas M. Valentin, Ph.D. studente nel laboratorio di Wong e l’autore principale dello studio. “Allora abbiamo semplicemente sciogliere l’alginato e abbiamo un canale vuoto. ”
La tecnica di stereolitografia può anche essere utilizzata per creare ambienti dinamici per esperimenti con le cellule vive. Dalle barriere alginiche circostanti con cellule umane mammarie, i ricercatori hanno scoperto che le cellule migrano in modi specifici quando la barriera viene sciolta. Pensano che questo tipo di lavoro possa anche aiutare la ricerca sul cancro – una delle specialità di Wong – o la fabbricazione di tessuti e organi artificiali, in quanto la barriera alginica non ha aggiunto alcuna tossicità alle cellule umane.
“Possiamo cominciare a pensare ad usarlo in tessuti artificiali dove potreste desiderare i canali che li attraversano e che imitano i vasi sanguigni”, dice Wong. “Potremmo potenzialmente modellare la vasculatura usando l’alginato e poi scioglierlo via via come abbiamo fatto per i canali microfluidici”.
Per ora, tuttavia, i ricercatori prevedono di continuare a lavorare sul progetto per ottenere un migliore controllo della velocità di rigidità, di resistenza e di degradazione delle strutture stampate.
I ricercatori – Thomas M. Valentin, Susan E Leggett, Po-Yen Chen, Jaskiranjeet K. Sodhi, Lauren H. Stephens, Hayley D. McClintock, Jea Yun Sim e Ian Y Wong – hanno pubblicato i loro risultati nella rivista Lab su Chip , in un documento intitolato “Stampa stereolitografica di idrogeli di alginato ionico-reticolato per biomateriali degradabili e microfluidici”.
