Bioprinting migliorato per la rigenerazione dell’osso mascellare con rilascio controllato, proprietà antibatteriche
I ricercatori della Sichuan University in Cina stanno studiando metodi migliorati per la bioprinting, sottolineando i loro risultati nella recente stampa 3D di scaffold di fosfato di calcio con rilascio controllato di funzioni antibatteriche per la riparazione dell’osso mascellare .
La stampa 3D, e più specificamente la bioprinting , sono state associate sia agli sforzi di rigenerazione ossea per i pazienti affetti da una vasta gamma di condizioni di salute, sia al recupero dalla chirurgia alla mandibola che richiedono successivi impianti e innesto . La rigenerazione ossea è nota per essere un’area stimolante della medicina e nella bioprinting con diversi scaffold e strutture la difficoltà è spesso nel sostenere la crescita cellulare e la vitalità nell’ingegneria dei tessuti. Le impalcature create per questo studio promuovono un trattamento specifico per il paziente nella rigenerazione ossea con proprietà antibatteriche aggiunte alla struttura.
Il team di ricerca ha utilizzato una combinazione di polveri di fosfato di calcio e berberina per creare il bioink per creare impalcature porose tramite stampa 3D ad estrusione diretta. Fin dall’inizio, hanno capito che i ponteggi avrebbero richiesto le seguenti caratteristiche critiche:
Composizione simile al tessuto umano
Struttura stabile come il tessuto umano
Proprietà meccaniche adatte
Capacità di sostenere la crescita e la riproduzione delle cellule seminali
“La tecnologia di stampa 3D fornisce una strategia versatile per fabbricare scaffold complessi basati sul principio dell’accumulo strato per strato”, hanno spiegato i ricercatori. “I tessuti ossei hanno una struttura porosa complessa, adatta alla produzione con tecnologia di stampa 3D”.
Mentre numerosi studi hanno rivelato l’uso di impianti di successo (ad esempio titanio poroso), gli scienziati cercano ancora di superare gli ostacoli nella riparazione della mascella e nella generazione ossea, incentrati su una migliore necessità di cure personalizzate e prevenzione delle infezioni nell ‘”ambiente orale”. Il fosfato di calcio (Ca \ P) è una buona prospettiva come materiale da utilizzare nella rigenerazione ossea a causa di:
Livello richiesto di biocompatibilità
Proprietà di osteoinduzione
Capacità di raggiungere legami chimici con i tessuti
Solubilità all’interno del corpo umano
La berberina ha anche numerose qualità che la rendono favorevole alla rigenerazione e alla guarigione delle ossa grazie alle sue qualità antibatteriche. Un alcaloide raccolto da piante come l’astragalo e altro, la berberina è stata utilizzata per migliorare il sistema immunitario, la circolazione sanguigna, l’assorbimento dei nutrienti e ridurre l’infiammazione. Viene anche usato per trattare l’osteoporosi, ma può essere “malassorbito e avere gravi effetti collaterali”.
Per questo studio, sono stati utilizzati scaffold stampati in 3D per il rilascio controllato di proprietà antibatteriche per aiutare a rigenerare il tessuto mascellare. I ricercatori hanno utilizzato polveri di idrossiapatite (HA) e calcio fosfato bifasico (BCP, β-TCP: HA = 1: 1 in peso%), caricando anche gli scaffold con berberina. Hanno testato i materiali in termini di proprietà meccaniche, proprietà di rilascio di farmaci, caratterizzazione della frequenza di rigonfiamento e test di citotossicità in vitro.
Durante l’analisi delle particelle di idrossiapatite, il team di ricerca ha scoperto una “situazione di isolamento”, con scarso legame delle particelle che potrebbe ulteriormente portare a una resistenza meccanica inferiore e ad un aumento del gonfiore. L’impalcatura reticolata mostrava “un gran numero di” strutture fibrose, insieme a strutture porose multilivello. Hanno anche notato due fasi riguardanti il restringimento quando si è verificato il 4,6% durante la reticolazione e il 19,8% durante la liofilizzazione.
“… i test meccanici e di rigonfiamento hanno indicato che i ponteggi hanno una stabilità strutturale sufficiente per supportare l’impianto”, hanno affermato i ricercatori.
Ulteriori analisi hanno anche mostrato che la berberina veniva “caricata con successo” sugli scaffold, controllata attraverso il numero di farmaci caricati e la porosità.
“Nel complesso, con l’aumento della concentrazione del farmaco, il tasso di rilascio del farmaco e la quantità totale di rilascio hanno mostrato una significativa tendenza al rialzo, indicando che la concentrazione di carico del farmaco era un fattore primario nella regolazione del tasso di rilascio. Aumentando la stessa concentrazione di farmaco e variando le dimensioni dei pori delle impalcature, il tasso di rilascio del farmaco era abbastanza simile, indicando che la dimensione dei pori gioca un fattore secondario nella regolazione del tasso di rilascio “, hanno affermato i ricercatori.
“Sia il tempo di reticolazione che il grado di reticolazione hanno svolto ruoli importanti per controllare il comportamento di rilascio di farmaci. Uno studio in vitro ha indicato che gli scaffold 3DP avevano una bassa citotossicità ed era vantaggioso per l’adesione e la proliferazione delle cellule MC3T3. I ponteggi proposti con funzioni antibatteriche e di rigenerazione ossea sono candidati promettenti per la riparazione dell’osso mascellare. “
Questa figura ha mostrato l’effetto antibatterico di diverse concentrazioni di farmaco e dimensioni dei pori dell’impalcatura. (0) Il gruppo di controllo ha lo 0% di BBR, 300 micron; (1) Il gruppo 1 ha 0,025% di BBR, 300 μm; (3) Il gruppo 3 ha una BBR dello 0,1%, 300 μm; (4) Il gruppo 4 ha 0,2% di BBR, 300 micron; (A) Il gruppo 2-A ha BBR 0,05%, 150 μm; (B) Il gruppo 2-B ha BBR 0,05%, 300 μm; (C) Il gruppo 2-C ha BBR 0,05%, 450 μm; (D) Il gruppo 2-D ha BBR 0,05%, 600 μm. (E) Rilasciata la curva di BBR. (F) I risultati del diametro della zona batteriostatica sono ottenuti dal software statistico e di analisi. Risultati EDS di diversi scaffold stampati in 3D. (A) polveri di puro alginato di sodio (SA); (B) polvere di berberina pura (BBR); (C) ponteggi stampati in 3D (HA + SA-BBR); (D) ponteggi stampati in 3D (HA + SA + BBR). 
(A) Inchiostro da stampa; (B) impalcatura non reticolata; (C) Impalcatura reticolata; (D) Teoria del reticolazione 
Polveri selezionate di fosfato di calcio per la realizzazione di inchiostri da stampa. (A) Morfologia superficiale dell’impalcatura BCP. (B) Distribuzione granulometrica della polvere di BCP. (C) Morfologia superficiale dell’impalcatura HA. (D) Distribuzione granulometrica delle polveri HA.