Fibre a elettrofilatura per un migliore successo nella stampa 3D di impalcature biomimetiche
Nell’impalcatura tridimensionale a base di fibre stampate elettrospunata per la rigenerazione della cartilagine , “i ricercatori cinesi cercano di migliorare i processi per la creazione di materiali migliori e geometrie personalizzate nel bioprinting. Qui, non solo impiegano la stampa 3D ma anche processi di liofilizzazione per creare inchiostro fatto da fibre elettrofilate.
Gran parte della sfida nel bioprinting è nel mantenere le cellule vive – e nella maggior parte dei casi, tali cellule richiedono una struttura per offrire la stabilità per la sopravvivenza, sia nel corpo che artificialmente in laboratorio. Per gli scienziati coinvolti nell’ingegneria dei tessuti, la chiave è imitare la matrice extracellulare (ECM) il più vicino possibile. Le recenti tendenze implicano l’uso di reti fibrose per creare scaffold, con prove elettrofilettanti per offrire una modalità di fabbricazione di successo.
Le sfide si verificano anche se le fibre create attraverso processi di elettrofilatura spesso provocano membrane 2D con dimensioni dei pori insufficienti e spessore inferiore, rispetto alle “impalcature alla rinfusa”. Questi ostacoli non hanno scoraggiato i ricercatori nel bioprinting, ma come con gli autori di questo studio, hanno attirato l’attenzione per ulteriori esplorazioni.
La ricerca passata ha incluso una varietà di tecniche diverse, come la multistrato, la raccolta assistita da liquido e la raccolta assistita da modelli. Tuttavia, non hanno trovato successo nella stampa 3D di scaffold complessi con buone dimensioni ridotte. Gli autori hanno esaminato ulteriormente la teoria, tuttavia, sottolineando anche come affrontare le sfide precedenti con strutture a fibra singola corta, tecniche di incollaggio ed estrusione più efficienti e miglioramento delle proprietà meccaniche. Hanno quindi sperimentato il seguente:
Elettrofilatura, disidratazione, omogeneizzazione e essiccazione per evaporazione per trasformare le fibre in una polvere corta a fibra singola
Miscelazione di polvere di fibra, soluzione di acido ialuronico (HA) e soluzione di polietilene ossido (PEO) per creare un inchiostro da stampa 3D
Liofilizzazione e reticolazione
In seguito, il team ha valutato le proprietà meccaniche, la dimensione dei pori e la morfologia, oltre a esaminare un modello di rigenerazione della cartilagine sia in vitro che in vivo . In definitiva, i ricercatori hanno trovato le loro tecniche per avere successo, con conseguente accuratezza, ampi pori e buone proprietà meccaniche. Lo studio ha anche dimostrato che sono stati in grado di creare quanto segue:
Superficie biomimetica ECM adatta
Elasticità
Memoria di forma indotta dall’acqua
Buona rigenerazione della cartilagine in vivo
Le tecniche di evaporazione a secco hanno portato a un maggiore successo qui per i ricercatori, rispetto agli studi precedenti, insieme all’aggiunta di soluzioni acquose di HA e PEO dopo la reticolazione. Nei loro campioni di ricerca, il 3DP ha offerto una migliore resistenza meccanica rispetto al ponteggio in fibra di gel e all’impalcatura in gel / PLGA non in fibra.
“Inoltre, è stato ulteriormente confermato che lo scaffold stampato in 3D basato su fibre diverse mostrava una scarsa resistenza meccanica, che non è appropriata per la rigenerazione dei tessuti. Tuttavia, l’impalcatura stampata basata su inchiostri in fibra composita presentava buone proprietà meccaniche. In generale, gli inchiostri compositi (polimeri naturali e sintetici) vengono stampati utilizzando diversi principi e metodi, cioè i polimeri naturali sono stampati principalmente a base di gel o inchiostri, mentre i polimeri sintetici sono stampati principalmente mediante modellazione di deposizioni fuse. Pertanto, la stampa di scaffold compositi basati su polimeri naturali e sintetici richiede tipicamente più ugelli con l’allineamento accurato di ciascun ugello durante l’elaborazione “, hanno spiegato i ricercatori.
Continuarono a superare i limiti nella creazione di strutture robuste e vitali, aggiungendo gelatina e PLGA nelle fibre, creando uno scaffold composito meccanicamente omogeneo prodotto in un processo a una temperatura, un ugello e un passaggio.
“Nel gruppo 3DP, le cartilagini rigenerate (come il calcestruzzo) e le armature dello scaffold (come la barra d’acciaio) erano uniformemente integrate nel campione; Pertanto, la cartilagine rigenerata ha efficacemente migliorato la resistenza meccanica del campione e mantenuto la forma originale “, hanno concluso i ricercatori sul gruppo 3DP.
“A causa degli inchiostri a base di fibre compositi, il 3DP mostrava una buona elasticità allo stato umido, che era significativamente superiore a quella dello scaffold stampato in 3D fabbricato usando polveri non in fibra. Soprattutto, il nuovo scaffold combinato con i condrociti ha ottenuto una rigenerazione soddisfacente della cartilagine e un mantenimento della forma in vivo . Questo studio fornisce un modello di ricerca per la progettazione e la fabbricazione di più scaffold biomimetici. “
