Gradienti biologici aiutano i ricercatori a capire di più in Bioprinting
I gradienti presenti nelle strutture oggi ci aiutano a capire meglio le loro proprietà e questo è fondamentale in settori come la bioprinting. Attraverso la replica dei gradienti possiamo iniziare a realizzare parti e scaffold ad alta risoluzione. I ricercatori hanno esplorato ulteriormente questi bisogni in un documento pubblicato di recente, ” Gradienti biologici di ingegneria “. L’ingegneria tissutale sta diventando sempre più interessante per i ricercatori di tutto il mondo mentre continuano a sforzarsi di stampare organi umani in 3D – un argomento che abbiamo seguito molte volte nel corso degli anni con progressi in reni stampati in 3D , fegati stampati in 3D e molto di piu.
Nel frattempo, molti dispositivi e impianti diversi vengono creati nel campo della medicina rigenerativa: qui i ricercatori classificano le strutture come impalcature o costrutti (impalcature combinate con cellule prima dell’impianto). Mentre i ricercatori cercano di andare avanti con ancora meno limiti, hanno iniziato la misurazione e l’analisi per la terapia clinica e nel tessuto ingegneristico per lo screening in-vitro, consentendo un feedback migliore.
“La presenza di una sfumatura conferisce a ciascun punto del substrato un valore specifico della quantità variabile, consentendo l’analisi dell’effetto di ciascuna variabile su un fenomeno specifico, come l’adesione, la diffusione, la morfologia o la differenziazione delle cellule”, hanno affermato i ricercatori . “Questo offre un grande vantaggio sia per l’ingegneria tissutale interfacciata che per lo screening dei farmaci, in quanto l’effetto di diverse variabili su un fenomeno viene analizzato in un singolo set-up sperimentale piuttosto che in una serie di esperimenti a condizioni diverse”.
Le sfumature sono essenzialmente variabili utilizzate in una gamma di misurazioni diverse e possono essere classificate in base a quantità varianti, a seconda del loro tipo, per includere:
Lineare
Radiale
Ortogonale
Esponenziale
Forme non lineari
Classificazione dei gradienti secondo le loro disposizioni: (a) lineare; (b) radiale; (c) esponenziale; (d) ortogonale; (e) gradienti sigmoidali, come rappresentativi della forma non lineare. Figura adattata da Smith Callahan
Un intervallo di valori con gradiente su una data qualità consente una proprietà più specifica definita in un dato punto. I ricercatori proseguono spiegando quanto siano importanti i gradienti nel copiare l’anisotropia del tessuto, insieme all’agire come base di tanti “fenomeni” dietro i risultati cellulari e batterici. Esplorano la semi-immersione, la diffusione, la topografia compositiva, l’irradiazione selettiva e i dispositivi microfluidici.
“… il gradiente di solito è continuo, con variazione regolare delle proprietà chimiche o fisiche all’interno del sistema. Entrambi i metodi sono adatti per la fabbricazione di scaffold per la rigenerazione di un singolo tessuto (osso, cartilagine, pelle, tendini, nervi, ecc.) O per l’ingegneria tissutale dell’interfaccia (cartilagine all’osso e tendine-osso, tra gli altri ), “Affermano gli scienziati.
La rapida prototipazione, tramite la stampa 3D, consente di creare geometrie complesse e di modificarle facilmente. Per lo studio del bioprinting, i ricercatori hanno utilizzato le scansioni della struttura ossea bersaglio da un paziente sottoposto a scansione. La scansione è stata convertita in dati 3D e si è formato un gradiente di porosità radiale.
“I gradienti biochimici sono più complessi da raggiungere con la bioprinting. In effetti, i cambiamenti nella composizione chimica degli scaffold stampati implicano la necessità di utilizzare diversi bioinks durante il processo di stampa “, hanno affermato i ricercatori.
Quattro bioink sono stati creati e poi stampati per replicare sia la matrice extracellulare che le strutture vascolari:
polidimetilsilossano
Metacriloile-gelatina
Pluronic F127 (un poloxamer triblocco)
Metacrililo-gelatina caricata con cellule
Le impalcature originate dalla gelatina e dal fibrinogeno hanno mostrato una promessa molto migliore, ma i ricercatori hanno notato che i tempi di stampa sono stati “gravemente prolungati dai numerosi tempi di commutazione”. Hanno notato che gli inchiostri richiederebbero la reticolazione dopo la stampa, il che significa che la scelta di materiali biocompatibili è seriamente limitata.
“Fino ad ora, l’applicazione principale delle strutture graduate è limitata allo studio dell’effetto di ciascun parametro variabile rispetto alle attività cellulari. Passando alle strutture bioispirate per la medicina rigenerativa, sono stati riportati alcuni esempi di scaffold graduati nella rigenerazione ossea e cartilaginea. Tuttavia, il potenziale dei materiali ingegnerizzati è sottostimato in molti campi applicativi, come i modelli in-vitro e la medicina rigenerativa da morbida a dura “, hanno concluso i ricercatori.
“Le tecniche di caratterizzazione dovrebbero essere ampliate per soddisfare la necessità di esaminare la peculiarità dei materiali graduati e convalidare i metodi produttivi. Una crescente conoscenza della produzione e caratterizzazione delle strutture graduate consentirà di esplorare nuovi scenari per l’ingegneria di materiali bioispirati. “
