Stampa 3D di costrutti multipli con bioinchiostri ad elevata densità cellulare
Un gruppo di ricerca guidato dall’University of Illinois Chicago in collaborazione con l’UC Davis ha realizzato una piattaforma per la bioprinting di tessuti complessi impiegando bioinchiostri a base di cellule staminali con densità elevata. Lo studio, pubblicato su Materials Today, combina l’uso di bioinchiostri a cellule singole o in aggregato con il rilascio localizzato di fattori di crescita, ottenendo un controllo preciso sulla differenziazione spaziale e lo sviluppo dei tessuti.
Struttura del sistema di stampa
Il team ha adottato un bagno di microgel di alginato modificato per indurimento fotocrosslinkabile e proprietà shear-thinning. Durante l’estrusione, l’ago stabilizza temporaneamente la zona circostante del microgel, permettendo al bioinchiostro di depositarsi con grande fedeltà geometrica. Una volta ritirato l’ago, il microgel ripristina la propria consistenza grazie all’azione self-healing, bloccando il materiale bioprintato nella forma desiderata.
Composizione dei bioinchiostri
Due varianti di bioinchiostro sono state sviluppate: una con cellule mesenchimali umane (hMSCs) e microparticelle di gelatina (GMs) caricati con TGF-β1 per la formazione cartilaginea; l’altra con cellule staminali adipose (hASCs) e GMs contenenti BMP-2 per la differenziazione osteogenica. Le GMs rilasciano gradualmente i fattori di crescita senza necessità di aggiungere ulteriori supplementi nel mezzo di coltura.
Proprietà di stampa e caratteristiche dei costrutti
I bioinchiostri mostrano comportamento shear-thinning, rapido recupero strutturale e basso stress di snervamento, qualità che favoriscono l’estrusione di filamenti con diametro uniforme e distribuzione ristretta. Al termine della stampa, i costrutti mantengono la forma originaria anche dopo quattro settimane in coltura, con chiara separazione tra aree cartilaginee e ossee. Analisi istologiche e biochimiche hanno confermato la deposizione mirata di matrice extracellulare nei rispettivi compartimenti.
Confronto con altre soluzioni
Altri gruppi di lavoro hanno esplorato direzioni analoghe: il Seoul National University of Science and Technology ha utilizzato bioinchiostri derivati da SCOBY per bioprintare scaffold in cellulosa; Bio INX e Readily3D hanno lanciato inchiostri pronti all’uso per strutture volumetriche; Texas A&M ha progettato un bioinchiostro specifico per reti vascolari; Frontier Bio ha ricevuto il 3DPI Award 2024 per la stampa di tessuto polmonare in vitro; un altro team ha ottenuto modelli di tessuto cerebrale con reti neuronali attive.
Prospettive di applicazione
L’integrazione di fattori di crescita direttamente nei bioinchiostri ad alta densità cellulare consente di fabbricare dispositivi per ingegneria osteocondrale, modelli sperimentali per farmacologia e piattaforme di medicina rigenerativa personalizzata. Gli sviluppi futuri punteranno a favorire la maturazione tissutale in vitro e a introdurre componenti vascolari per migliorare la funzionalità e l’adattabilità ai modelli preclinici.
