Caratterizzazione delle strutture di fosfato di calcio ottenuta dalla stampa 3D di Antonio Molina Herrero

Impalcature per la rigenerazione ossea: stampa 3D per studiare le strutture del fosfato di calcio

In un progetto di laurea finale per Ingegneria biomedica presso l’ Università Politecnica de Catalunya , Antonio Molina Herrero affronta il tema impegnativo della rigenerazione ossea nel bioprinting. Studiando la stampa 3D e le varie morfologie dei materiali, lo studente ricercatore ha dettagliato le sue scoperte nella recente pubblicazione ” Caratterizzazione delle strutture di fosfato di calcio ottenuta dalla stampa 3D “.

Nell’analizzare proprietà come la geometria del filamento, la porosità nelle strutture, la superficie e la concavità, Herrero ha utilizzato la micro-tomografia per fare confronti con altre immagini, calcoli e misurazioni, portando infine il ricercatore a comprendere meglio le deviazioni tra ugelli e materiali di stampa e come utilizzare meglio il fosfato di calcio per costruire impalcature nell’ingegneria dei tessuti per la rigenerazione ossea.

“Tra gli innesti ossei sintetici, quelli a base di fosfato di calcio (CaPs) sono stati ampiamente studiati. Tuttavia, non promuovono sufficientemente l’osteogenesi “, afferma Herrero.

“Una rete di pori interconnessi consente la vascolarizzazione di tutta l’area e la successiva colonizzazione dei tessuti. Molti studi sono stati condotti alla ricerca della dimensione ottimale dei pori in un’impalcatura [1], tuttavia le conclusioni non sono chiare e alcuni studi contraddicono altri; Ciò che è chiaro è che i pori devono essere abbastanza grandi da consentire la vascolarizzazione (50 μm), ma se sono più grandi di una certa dimensione (500 μm) l’impalcatura non agisce più come impalcatura. ”

Herrero sottolinea ciò che trova essere la chiave nello studio dei ponteggi: la forma dei pori. Spiegando che numerosi metodi sono stati usati per le strutture porose di CaP come granulazione, formazione di schiuma, lisciviazione e liofilizzazione, con l’avvento della scrittura diretta a inchiostro (DIW), esiste un potenziale ancora maggiore di successo con tali strutture; tuttavia, sorgono ancora sfide per i test in vivo e l’ulteriore caratterizzazione.

“La forma complessa e imbricata di queste strutture 3D può essere studiata mediante tecniche di imaging avanzate come la tomografia micro-computata (Micro-CT) e la microscopia elettronica a scansione (SEM). L’elaborazione delle immagini per estrarre informazioni quantitative di queste immagini è allo stesso tempo promettente e stimolante. Questi strumenti sono sempre più utilizzati per la sua immediatezza e affidabilità. Con loro, le proprietà morfologiche delle strutture tridimensionali possono essere studiate e fornire informazioni morfologiche e strutturali di grande interesse per la progettazione e la caratterizzazione di nuove forme di impalcature per l’ingegneria dei tessuti “, afferma l’autore.

I campioni sono stati preparati ed esaminati, confrontando immagini e calcoli.

Sono state valutate quattro tecniche:

CTAN
ImageJ
MeshMixer
Esercitazioni manuali
Cinque modelli di campionamento sono stati valutati e numerati dal controllo a 1-5.

“Nei risultati della porosità non ci sono state grandi differenze tra i ponteggi. Questo perché le impalcature sono state stampate in condizioni preimpostate in modo da dare una porosità equivalente ed essere in grado di confrontare i campioni tra loro (250 μm). Un buon indicatore a riguardo sono stati i risultati della distribuzione delle dimensioni dei pori. I picchi nel grafico rappresentano regolarità e buona qualità di stampa “, ha concluso Herrero.

“Nell’area della superficie specifica, il modello che ha il coefficiente più alto era il 5 e il più basso il controllo. Questi risultati sono coerenti perché la sezione di controllo è un cerchio, quindi ha il coefficiente di superficie / area minimo e il modello 5; nonostante fosse piccolo, veniva ripetuto molto frequentemente, facendo sì che la somma di tutti i filamenti desse una superficie più ampia rispetto agli altri schemi. Inoltre, il metodo MeshMixer presenta troppi errori rispetto agli altri metodi, ciò può essere dovuto al modo in cui il plug-in 3D Viewer esegue il processo di mesh dagli scaffold Micro-CT prima del calcolo di MeshMixer, tuttavia sono necessarie ulteriori prove per garantire questa ipotesi “.