Biomimetica nella bioproduzione: sviluppi nella tecnologia di scrittura elettrolitica a fusione verso la biomania ibrida

Ingegneria dei tessuti in Turchia: l’attenzione si concentra sulla fusione dell’elettrospinning e della produzione ibrida

Ricercatori turchi dell’Università Sabanci stanno facendo un ulteriore passo avanti nell’ingegneria dei tessuti con nuove tecniche per la creazione di impalcature, delineando il loro lavoro nella recente pubblicazione ” Biomimetica nella bioproduzione: sviluppi nella tecnologia di scrittura elettrolitica a fusione verso la biomania ibrida “.

I metodi di elettrospinning sono usati spesso (soprattutto dai ricercatori), offrendo vantaggi come semplicità nel design, convenienza e flessibilità nel combinare polimeri e perfezionare le proprietà meccaniche. La soluzione elettrospinning (SE) è popolare, impiegando una siringa e un ugello, una pompa per siringhe, un fornitore ad alta tensione e un collettore. Storicamente ci sono sfide con SE, tuttavia, lasciando i ricercatori a superare problemi come la tossicità dei solventi, insieme a problemi nel tasso di evaporazione. Altri ostacoli hanno incluso problemi di solubilità, instabilità nel flusso e altro ancora.

“Inoltre, la fabbricazione di una struttura 3D allineata con grandi dimensioni è ancora una sfida a causa dell’accumulo di cariche elettriche residue nei filamenti depositati”, hanno affermato i ricercatori.

Il melt electrospinning (ME) è ecologico e non richiede solventi, il che significa che nessuno sforzo o preparazione deve essere delegato alla creazione di un’adeguata ventilazione o, in definitiva, alla rimozione. Ciò consente di risparmiare tempo, denaro ed elimina i problemi di sicurezza incentrati sulla tossicità.

“Inoltre, alcuni polimeri che non possono essere dissolti in alcun solvente possono essere elaborati da ME. Offre inoltre l’opportunità di utilizzare contemporaneamente i multimateriali che non è possibile trovare un solvente comune o che causerà difficoltà all’elettrospinning “, hanno affermato i ricercatori. “Simile a SE, il getto di polimero è soggetto a forze di trazione (colombica elettrostatica e gravitazionale) e resistive (tensione superficiale e viscoelastica) sulla punta della filiera. Tuttavia, il polimero si fonde con una viscosità molto più elevata e una conduttività più bassa porta a un getto più stabile durante la deposizione, il che rende più facile ottenere un filamento a forma controllata. “

Offrendo promesse per la costruzione di impalcature, la fusione dell’elettrospinning writing (MEW) consente flessibilità nell’adeguamento per dimensioni, forma, porosità e altro negli esercizi di bioprinting. Naturalmente ci sono anche sfide e complessità in MEW, tra cui problemi di temperatura e conducibilità, nonché il corretto posizionamento dello schermo isolante per prevenire le interferenze elettriche. Altre aree da superare comprendono la fabbricazione di strutture per la gestione di aumenti della distanza tra punta e collettore, nonché la gestione di problemi di temperatura e carica relativi alla siringa e all’ugello, con conseguenti livelli di viscosità e forza elettrica.

Con l’opzione di utilizzare una varietà di materiali biocompatibili e biodegradabili, è possibile creare ponteggi per l’ingegneria:
Pelle
endosteum
Nervo
Tessuto cardiaco
Numerosi polimeri sono stati utilizzati nell’ingegneria dei tessuti con ME, per includere:

Policaprolattone (PCL)
Acido polilattico (PLA)
Acido poli-l-lattico (PLLA)
Poli (glicole etilenico) (PEG)
Poliuretano (PU)
Polimetilmetacrilato (PMMA)
Polipropilene (PP)
Le continue sfide con MEW continuano a incentrarsi sul bilanciamento dei problemi di elaborazione, sulla creazione di materiale con proprietà meccaniche adeguate e sulla garanzia della biocompatibilità. I ricercatori affermano che MEW offre promesse anche se utilizzato con “altre tecnologie di fabbricazione consolidate” che potrebbero scavalcare le attuali limitazioni ed espandere i suoi usi.

“Con l’aiuto di un metodo ibrido, si possono fabbricare strutture gerarchiche al fine di soddisfare la domanda cellulare e meccanica e soddisfare i requisiti per i costrutti di ingegneria dei tessuti, mentre altri criteri applicativi, come la durata meccanica e / o le sfide di lavorazione di materiali specifici, potrebbero essere affrontato “, hanno affermato i ricercatori.

Anche gli idrogel offrono grandi promesse, in quanto possono imitare la matrice extracellulare presente nel tessuto umano. Per creare compositi ibridi idrogel-MEW, le fibre devono essere costruite con processi MEW, con idrogel infiltrati.

Il team ha anche sperimentato la creazione di una “zona calcificata mimica”, utilizzando fibre PCL e nanoparticelle di idrossiapatite (nHA). MEW è anche promettente per la creazione di tessuto cardiaco con adeguata resistenza meccanica, insieme a ingegneria del tessuto neurale, cutaneo e osseo, nonché per l’assistenza nelle applicazioni di guarigione delle ferite.

“Con l’ulteriore sviluppo di materiali e architetture, prevediamo ampi progressi nei sistemi ibridi per utilizzare un’ampia varietà di polimeri e idrogel con diverse biomolecole, cellule e nanoparticelle”, concludono i ricercatori.

“Sono necessari studi di modellazione sperimentale e numerica più completi per comprendere meglio le proprietà meccaniche e ottimizzare le proprietà delle strutture ibride MEW. Sebbene il modulo elastico e il rapporto di Poisson dei componenti della struttura ibrida siano considerati i parametri principali per gli studi di modellizzazione, altre caratteristiche biomeccaniche dei componenti e le reciproche interazioni dei componenti dovrebbero essere prese in considerazione per migliorare l’accuratezza della modellizzazione. ”