Stampa 3D Freeze-FRESH: impalcature per biomateriali con porosità gerarchica
I ricercatori Zi Wang e Stephen J. Florczyk dell’Università della Florida centrale hanno sviluppato una nuova tecnica per la bioprinting, descritta nella recente pubblicazione ” Freeze-FRESH: una tecnica di stampa 3D per produrre impalcature da biomateriali con porosità gerarchica “.
Sebbene molti ricercatori e laboratori siano impegnati oggi nella bioprinting e riferiscano il successo , rimangono ancora grandi sfide per migliorare la vitalità e la sostenibilità delle cellule nell’ingegneria dei tessuti . Mentre la bioprinting è un campo ancora relativamente nuovo – e pieno di un potenziale incredibile per il gioco finale nella stampa 3D di organi umani – abbondano metodi e materiali; tuttavia, in questo studio, emerge un nuovo modo davvero unico di stampa 3D per superare gli ostacoli nella produzione di singoli scaffold convenzionali. La tecnica Freeze-FRESH (FF) integra la fusione a freddo con la stampa 3D, risultando in impalcature che sopportano i pori in microscala nei montanti.
FRESH, inclusione reversibile a forma libera di idrogel sospesi, impiega gelatina nel bagno di supporto, dove i ponteggi (stampati a temperatura ambiente) vengono congelati nel bagno di supporto, lasciando ai ricercatori di studiare:
Morfologia dei pori
Dimensione dei pori
Porosità
restringimento
rigidezza
“I ponteggi FF avevano una struttura gerarchica dei pori dalla combinazione di pori in microscala in tutti i montanti del ponteggio e pori macroscala nel disegno stampato, mentre i ponteggi di controllo avevano solo pori macroscala”, hanno spiegato i ricercatori.
I parametri di temperatura hanno comportato quanto segue:
I ponteggi FF congelati a -20 ° C e -80 ° C avevano dimensioni dei pori simili.
Gli scaffold −20 ° C e −80 ° C FF avevano puntoni porosi con porosità del montante del 63,55% ± 2,59% e 56,72% ± 13,17%.
I ponteggi di controllo avevano una porosità del puntone del 3,15% ± 2,20%.
I ponteggi −20 ° C e −80 ° C FF erano più morbidi dei ponteggi di controllo.
Grappoli di cellule crescevano sui montanti porosi, portando a una buona porosità in microscala negli scaffold stampati in 3D, “migliorando la crescita MDA-MB-231” per la coltura di cellule tumorali al seno. I ricercatori hanno creato campioni (che misurano 20 mm × 20 mm × 6 mm) progettati in SolidWorks e fabbricati utilizzando una stampante 3D Biobots 1 . Un modello campione di femore umano è stato anche stampato con il metodo FF, misurando 44,96 mm × 7,95 mm × 6,91 mm (l × p × h), e trattato allo stesso modo dei ponteggi.
Nel complesso, i campioni hanno mostrato una buona struttura e stabilità dopo essere stati immersi. I campioni di impalcature lisce non presentavano bolle, sebbene lo fossero le impalcature FF, che venivano indicate come “indicanti la formazione di pori” nei montanti.
Le impalcature lisce hanno mostrato la massima rigidità alla rinfusa, davanti alle impalcature −20 ° C e −80 ° C FF, e poi alle impalcature FC, mostrando la minima quantità di rigidità alla rinfusa. I ricercatori hanno notato “differenze significative” in tutti i gruppi accoppiati ad eccezione dei ponteggi FF a -20 ° C e -80 ° C.
“Sia i ponteggi lisci che quelli FF sono rimasti intatti senza danni dopo la flessione. Quando piegati ulteriormente, i ponteggi lisci hanno iniziato a delaminare e perdere integrità strutturale. La ridotta area della sezione trasversale nei ponteggi FF può consentire questa maggiore resilienza “, hanno spiegato i ricercatori.
“Le 231 cellule formavano cluster multicellulari su montanti di scaffold FF e presentavano morfologie simili a quelle coltivate negli scaffold FC. Il nostro lavoro ha dimostrato che la stampa FF ha prodotto impalcature con strutture di pori gerarchiche che hanno migliorato la crescita delle cellule del cancro al seno. In studi futuri, altri inchiostri polimerici saranno valutati per la stampa FF per ampliare i materiali che possono essere utilizzati. “
Gli scaffold FF supportano la crescita delle cellule tumorali al seno. I ponteggi in alginato sono stati preparati con e senza coniugazione del peptide RGD come ponteggi lisci, FF e FC. Gli scaffold sono stati valutati con coltura MDA-MB-231 e il numero di cellule è stato analizzato a 3 e 7 giorni. (*) indica una differenza significativa dove p <0,05. 
La tecnica FF produce impalcature con strutture gerarchiche a pori. Differenze morfologiche nelle strutture dei pori dei ponteggi in alginato: liscia, FF congelata a -20 ° C e -80 ° C, FC e ponteggi stampati in 3D PCL. Le barre di scala sono 300 micron. 
La tecnica FF supporta la stampa di progetti complessi. Per la dimostrazione è stato utilizzato un modello di femore umano. Stampa regolare (a) e stampa FF (b) dopo il recupero dal bagno di supporto. I pori all’interno del femore FF stampato sono visibili dalla presenza di bolle d’aria intrappolate (frecce). Immergere le stampe lisce (c) e FF (d) nella soluzione colorante ha causato la diffusione della tintura in tutta la stampa. Il colore più scuro nella stampa FF ha dimostrato la formazione di pori interconnessi nella struttura. La tecnica Freeze-FRESH (FF) consente la stampa 3D di scaffold biomateriali con porosità gerarchica. (a) Un’illustrazione schematica della tecnica FF. (b) Confronto tra il design dell’impalcatura, l’impalcatura FF nel bagno di supporto dopo il congelamento e la liofilizzazione e le impalcature lisce e stampate in 3D FF dopo il recupero dal bagno di supporto. Gli scaffold recuperati sono stati immersi in terreni di coltura cellulare. Le bolle sui montanti del ponteggio FF indicano porosità sui montanti del ponteggio. Le barre della scala sono 10 mm. 