Un team di ricercatori della Texas A&M University (TAMU) ha sviluppato un bioink idrogel 3D stampabile contenente nanoparticelle minerali in grado di fornire terapie proteiche per controllare il comportamento delle cellule. I ricercatori TAMU guidati da Akhilesh Gaharwar, un assistente professore presso il Dipartimento di Ingegneria biomedica , hanno escogitato un modo innovativo per progettare inchiostri biologicamente attivi che controllano e dirigono il comportamento cellulare e possono essere utilizzati per progettare la struttura del tessuto vascolarizzato 3D per la medicina rigenerativa .
Secondo l’università, il team ha progettato una nuova classe di bioink di idrogel (strutture 3D in grado di assorbire e trattenere notevoli quantità di acqua) caricati con proteine terapeutiche costituite da un polimero inerte: polietilenglicole (PEG). Il vantaggio principale per l’ingegneria dei tessuti è che non provoca il sistema immunitario, tuttavia, a causa della bassa viscosità della soluzione polimerica PEG, è difficile stampare in 3D questo tipo di polimero. Per ovviare a questa limitazione, il team ha scoperto che la combinazione di polimeri PEG con nanoparticelle porta a un’interessante classe di idrogel bioink in grado di supportare la crescita cellulare e avere una stampabilità migliorata rispetto agli idrogel polimerici da soli.
Nel documento Stampa di proteine terapeutiche in 3D utilizzando Bioink nanoingegnerizzato per il controllo e la migrazione diretta delle cellule pubblicato dal team lo scorso maggio, propongono di utilizzare la superficie elevata e le caratteristiche cariche dei nanosilicati 2D (o nanoclay , nanoparticelle di silicati minerali stratificati) per sequestrare e fornire terapie biologicamente attive. Le proteine terapeutiche come il fattore di crescita endoteliale vascolare (VEGF) e il fattore di crescita dei fibroblasti (FGF) sono state incorporate nel bioink per i test in vitro, che sono stati quindi utilizzati per fabbricare una struttura 3D utilizzando la stampante 3D HYREL System 30M , una macchina costruita con nuove estrusioni personalizzate, per un facile montaggio di vari accessori e tre teste con volume di stampa completo di 200 x 200 x 200 mm, tra le altre caratteristiche.
Il bioink nanoingegneristico caricato con proteine terapeutiche si basa su una piattaforma di nanoclay introdotta da Gaharwar che può essere utilizzata per la deposizione precisa di terapie proteiche, che Gaharwar ha sviluppato come un nuovo modo per fornire un trattamento per la rigenerazione della cartilagine e per avere un impatto sul trattamento dell’osteoartrite. Questa formulazione di bioink ha proprietà di assottigliamento del taglio uniche con alta stampabilità e fedeltà strutturale, che consentono di iniettare il materiale, interrompere rapidamente il flusso e quindi curare per rimanere in posizione.
Charles Peak, autore senior dello studio e assistente professore ordinario presso il Dipartimento di ingegneria biomedica del Texas A&M, ha affermato che “la consegna prolungata della terapia bioattiva potrebbe migliorare la migrazione cellulare all’interno di scaffold stampati in 3D e può aiutare nella rapida vascolarizzazione degli scaffold”.
Mentre il caposquadra, Gaharwar, ha affermato che l’erogazione prolungata del trattamento terapeutico potrebbe anche ridurre i costi complessivi diminuendo la concentrazione terapeutica e minimizzando gli effetti collaterali negativi associati alle dosi soprafisiologiche (quantità maggiori di quelle normalmente presenti nel corpo).
“Nel complesso, questo studio fornisce la prova del principio per stampare terapie proteiche in 3D che possono essere utilizzate per controllare e dirigere le funzioni cellulari”, ha suggerito.
Secondo i risultati pubblicati, il bioink che assottiglia il taglio con la capacità di sequestrare e rilasciare proteine terapeutiche all’interno di scaffold stampati in 3D è sviluppato da un polimero idroliticamente degradabile e nanoparticelle sintetiche 2D, con forti proprietà meccaniche, cinetica di rigonfiamento e un tasso di degradazione che può essere modulato tramite la quantità di PEG-DA e nanosilicati. L’attività delle terapie proteiche rilasciate dalla struttura 3D è stata verificata attraverso la migrazione delle cellule.
Supportata dall’Istituto Nazionale di Imaging Biomedico e Bioingegneria del National Institutes of Health e dalla National Science Foundation , la ricerca è nel mezzo di tecnologie di bioprinting emergenti per la medicina rigenerativa e metodi per fabbricare rapidamente
costrutti contenenti cellule per la progettazione di tessuti nuovi, sani e funzionali. Secondo Texas A&M, una delle maggiori sfide nel bioprinting 3D è la mancanza di controllo sulle funzioni cellulari. I fattori di crescita, che sono una classe speciale di proteine, possono dirigere il destino e le funzioni cellulari. Tuttavia, questi fattori di crescita non possono essere facilmente incorporati all’interno di una struttura stampata in 3D per un periodo prolungato, motivo per cui questi sviluppi nel loro laboratorio di ingegneria biomedica sono così rilevanti. E con così tanti articoli su questo argomento, probabilmente ascolteremo di più sul lavoro del team con i bioink.
Il bioink PEGDTT da solo è rimasto fluido, mentre PEG-DTT / nanosilicato possono essere stampati in costrutti 3D con elevata stabilità meccanica 
Bioink caricato con terapie proteiche: il rilascio di proteine marcate a fluorescenza dalla struttura stampata in 3D è stato monitorato per 28 giorni 
