Louisiana Tech: Stampa 3D di nanotubi di Halloysite per metodi migliorati nella rigenerazione ossea
Yangyang Luo ha recentemente presentato una tesi di laurea, ” Applicazione di nanotubi di Halloysite nella correzione delle malattie ossee e rigenerazione ossea ” presso la Louisiana Tech University . Concentrandosi su quello che può essere un campo molto impegnativo, Luo esamina nuovi metodi per incoraggiare la rigenerazione ossea con una terapia personalizzata per il paziente.
Mettendo insieme due aree di ricerca e trattamento che hanno offerto successo ai pazienti bisognosi negli ultimi anni, Luo combina sia la consegna mirata dei farmaci che la stampa 3D per basarsi su un trattamento specifico per il paziente. Basandosi su halloysite, un’argilla di alluminosilicato (Al2Si2O5 (OH) 4nH2O), Luo ha scelto i nanotubi (HNT) costruiti con questo materiale a causa della biocompatibilità e stabilità termica.
Gli HNT sono già utilizzati in applicazioni come l’ingegneria dei tessuti e la consegna dei farmaci in quanto sono vitali per il trasporto di farmaci che possono essere sensibili o addirittura tossici. Tali farmaci possono essere rilasciati in maniera esponenziale più a lungo rispetto alla somministrazione di farmaci tradizionali; infatti, gli HNT possono essere rilasciati continuamente fino a 30-100 volte di più. Possono anche essere integrati con altri prodotti chimici come le vitamine e l’autore sottolinea che in precedenza sono stati anche combinati (sia in vitro che in vivo) con strutture come gli idrogel di chitosano-gelatina-agarosio.
Gli HNT sono convenienti, rispettosi dell’ambiente e offrono “spazio di archiviazione abbondante”. In questo studio, Luo li ha usati per fornire farmaci per il trattamento dell’osteomielite, dell’osteosarcoma e dell’osteoporosi. Il chitosano è stato selezionato come mezzo per l’impalcatura della crescita cellulare a causa delle proprietà policistiche e del potenziale rilascio di antibiotici, con la gentamicina utilizzata come farmaco modello durante la sperimentazione. Sia l’Escherichia coli (E. coli) che lo Staphylococcus aureus (S. aureus) sono stati utilizzati nei campioni durante la valutazione del potenziale di inibizione della crescita batterica.
Complessivamente, combinando HNT con 34 campioni di idrogel di chitosano, Luo ha concluso che le proprietà meccaniche sono state migliorate e il rilascio del farmaco è stato adatto ed efficace per ridurre la quantità di crescita batterica.
“Il nostro nanocomposito drogato di argilla / chitosano può superare i limiti dei tradizionali idrogel antibatterici fornendo un rilascio focale di farmaci e un rilascio prolungato di farmaci, singolarmente o in concerto, o una suite di combinazioni di farmaci o di fattori di crescita / farmaco”, ha spiegato Luo.
Durante questo studio, sono state analizzate quattro diverse composizioni:
PLA
PLA + HNTs
PLA + HNTs / Zn
PLA + HNTs / Zn + Gentamicina
“Per stamparli con una stampante 3D, tutti i materiali sopra sono stati trasformati in filamenti. Il PLA è stato estruso da Noztek a 175 ° C e ha prodotto filamenti con diametro di 1,75 ± 0,05 mm. Al fine di archiviare una distribuzione uniforme di HNT in PLA, sono stati aggiunti 10 µl di olio di silicio in 20 g di PLA e agitati in vortex per 10 minuti, quindi sono stati aggiunti 1,2 g di HNT e continuamente agitati in vortex per altri 10 minuti “, ha spiegato Luo.
I campioni sono stati stampati su una stampante ENDER 3D , in forme di disco con un diametro di 0,6 mm.
Luo ha riferito che la modifica della superficie di FBS + NaOH + FBS era responsabile del miglioramento dell’idrofilia del PLA, oltre a offrire “una superficie amichevole e attraente per la crescita cellulare”. L’analisi ha mostrato che dopo un periodo di incubazione di tre settimane era iniziata la formazione ossea precoce.
“Anche se il rivestimento di gentamicina ha influenzato la crescita cellulare nella fase iniziale, le cellule si sono riprese dal suo affetto e hanno mostrato una forte osteogenesi nella terza settimana”, ha concluso Luo. “Inoltre, dopo 3 settimane di conservazione, ha ancora limitato efficacemente la crescita batterica.
“In presenza di HNT, i pre-osteoblasti hanno sintetizzato una formazione precoce di matrice di collagene di tipo I e secrezione di osteocalcina. Anche il rivestimento con gentamicina non ha inibito significativamente la crescita cellulare. L’impalcatura rivestita con gentamicina ha mostrato una maggiore e comparabile capacità di proliferazione cellulare con gruppi di controllo entro il giorno 21. Inaspettatamente, pre-osteoblasto ha mostrato una forte risposta osteogenica in presenza di gentamicina. Pertanto, l’impalcatura PLA / HNT rivestita con gentamicina potrebbe non solo prevenire la contaminazione batterica, ma anche promuovere la rigenerazione ossea. “
Adesione cellulare su PLA con tre strategie di rivestimento. La prima colonna è la fase luminosa. La seconda colonna contiene immagini fluorescenti sotto il filtro DAPI, che rappresenta il nucleo cellulare. La terza colonna è rappresentata dalle immagini fluorescenti sotto il filtro FTIC, che rappresenta le fibre di actina. 
Immagini SEM della superficie dell’idrogel costituite da 5% di chitosano e combinate con HNT a razioni diverse (dall’1% al 5%). Le immagini nell’angolo destro rappresentano lo zoom delle immagini delle aree selezionate. 
Saggio vivo / morto di cellule coltivate su CS e CS / HNT. Rispetto al controllo, ci sono cellule vive (verdi) che si osservano sulle piastre rivestite con film, ma il numero di cellule morte (rosse) è aumentato rispetto alla piastra di controllo ma rimangono poche in numero. Ciò indica che le cellule possono aderire e proliferare su substrati CS e CS / HNT. Tuttavia, la morfologia cellulare è stata influenzata dalle caratteristiche superficiali e dalle proprietà fisico-chimiche del substrato. 