Ricercatori della McGill University rivedono la bioprinting con materiali morbidi: sfide e soluzioni
Ricercatori in Quebec del Dipartimento di ingegneria meccanica della McGill University stanno approfondendo argomenti più specifici riguardanti la fabbricazione e l’ingegneria tissutale della cellula in ” Estrusione bioprinting di materiali morbidi: una tecnica emergente per la realizzazione di modelli biologici “. Le strutture geometriche complesse che possono essere create tramite bioinks (materiali morbidi) sono al centro della revisione, insieme ai vari metodi di estrusione e alla creazione di modelli in vitro .
Proprio come la stampa 3D tradizionale viene eseguita con filamenti – il più delle volte realizzati con una varietà di polimeri colorati diversi – la bioprinting viene eseguita attraverso diversi tipi di bioinks carichi di cellule. Possono essere preferiti anche diversi tipi di hardware, per includere:
Bioprinting a getto d’inchiostro: un metodo conveniente spesso creato attraverso la generazione di gocce con tensione piezoelettrica.
Stereolitografia – noto anche come SLA, questo metodo impiega la tecnologia laser e la polimerizzazione che si basa su soluzioni polimeriche (riempite in un serbatoio) per i materiali.
Trasferimento in avanti indotto dal laser (LIFT): questo sistema è costituito da un laser, un apparato di messa a fuoco e un nastro che rispondono alla luce, con lo strato di bioink solitamente mantenuto sotto lo strato del donatore.
Estrusione: questi tipi di sistemi sono più comuni per la biostampa, con bioink caricato in cartucce e quindi estruso attraverso ugelli.
I ricercatori approfondiscono la bioprinting basato sull’estrusione e i suoi vantaggi come la capacità di creare materiali densi di cellule, oltre a consentire la creazione di modelli eterogenei e, come sottolineano gli autori, è particolarmente importante per l’ingegneria dei tessuti e ingegneria futura degli organi umani. Anche la bioprinting per estrusione è diventata più economica nel tempo ed è estremamente personalizzabile, un aspetto che di solito è allettante per gli utenti esperti, e specialmente nel laboratorio di scienze. Per quanto riguarda gli svantaggi, la sostenibilità delle celle può essere un problema importante, e sia la risoluzione che la velocità potrebbero essere ancora inferiori in molti sistemi.
“Gli attuali sforzi si sono concentrati sulla progettazione e sull’ottimizzazione dei bioink e sull’implementazione di migliori meccanismi di estrusione, diametri degli ugelli e sistemi di controllo, per aumentare la risoluzione di stampa e ottenere tempi di deposizione migliori senza compromettere la vitalità cellulare e la fedeltà dei modelli”, affermano i ricercatori.
Tre diverse categorie di bioprinting sono state finora raggiunte, per includere la bioprinting di strutture di matrice biomimetica ottimizzate per la successiva semina di cellule, bioink che supportano la deposizione diretta di materia biologica vivente incorporata e bioattività ingegneristica e biofunzionalità in formulazioni bioink. La recente popolarità nel bioprinting ha anche scatenato la commercializzazione della tecnica e dei sistemi di accompagnamento. Gli autori sottolineano anche numerose “considerazioni pratiche” sulla bioprinting:
Bioink può essere difficile da mantenere ed è soggetto a disidratazione.
La tensione superficiale può ridurre al minimo le energie superficiali del bioink, influenzando l’intero sistema e le strutture stampate.
La diffusione termica può essere irregolare all’interno della cartuccia bioink, danneggiando i materiali sensibili.
La vitalità cellulare è un costante motivo di preoccupazione in quanto può essere estremamente difficile mantenere in vita le cellule per una bioprinting efficace.
Vengono discussi anche i bio-argomenti della materia soffice, con gli idrogel che rappresentano il principale argomento. Questo è un veicolo estremamente popolare oggi per le strutture bioprotette e può trattenere grandi quantità di acqua all’interno delle loro reti. I ricercatori sottolineano che ci sono molti vantaggi nell’utilizzo di idrogel, ma possono anche mancare il corretto ancoraggio richiesto alle cellule per aderire e quindi migrare.
Questi tipi di bioink hanno portato alla creazione di molti modelli complessi oggi intesi a promuovere la rigenerazione dei tessuti, dai modelli vascolari a quelli contenenti il tessuto cerebrale. Le sfide persistono però – e come di solito è vero con qualsiasi nuovo sviluppo tecnologico all’inizio, una mancanza di standard; in questo caso, le norme sarebbero relative alla stampabilità. Il numero di celle nel bioinchiostro è un’altra sfida. Un bioink può essere carico di cellule, ma in confronto a cosa? E quali tipi di ugelli e impostazioni causeranno la minor quantità di stress sulle cellule? L’ultima considerazione che i ricercatori riflettono è se la bioprinting possieda realmente la capacità di imitare il tessuto umano come richiesto; tuttavia gli scienziati stanno facendo rapidi progressi nell’eliminare gli ostacoli alla bioprinting poiché la posta in gioco per cambiare il volto della medicina, come sappiamo, è molto alta.
“Come affermato, la tecnica è in rapido sviluppo e crediamo fermamente che le sfide attuali possano essere affrontate in futuro”, concludono i ricercatori.
È difficile descrivere un elemento della stampa 3D che sta “prendendo il mondo dalla tempesta” in questi giorni perché ci sono così tante innovazioni continuamente presentate al mondo, pensate per una varietà di potenti applicazioni. La bioprinting è significativa, tuttavia, dal momento che i ricercatori non si occupano solo di ingegneria, ma si avvicinano sempre di più alla creazione di organi umani in laboratorio. Nel frattempo, abbiamo seguito storie sull’apprendimento automatico e tecniche di drop-on-demand , creando tessuto neurale con idrogel di chitosano-gelatina e persino l’uso di cellule staminali da pazienti affetti da Alzheimer per assistere in ulteriori ricerche.
