Messico: Ricercatori testano alginato stampato 3D / gelatina idrogel
L’alginato, spesso utilizzato nella ricerca in quanto può essere modellato in strutture stabili, ora svolge un ruolo in uno studio condotto da scienziati in Messico, creando reti porose con idrogel e delineandone le scoperte in ‘ Alginato / Gelatina idrogel rinforzati con TiO2 e β-TCP Fabbricato dalla stampa basata sulla microestrusione per la rigenerazione tissutale . ‘
Gli scaffold di idrogel hanno il potenziale per offrire biocompatibilità, metodi per la sintesi, degradabilità richiesta e altro; tuttavia, come sottolineano i ricercatori, l’uso di alginati presenta ostacoli:
“Alcune delle sfide relative agli alginati progettati per la produzione additiva (stampa 3D) sono la stampabilità, l’accuratezza e la fedeltà della forma degli scaffold in idrogel”, affermano i ricercatori. “Questi problemi sono associati alle proprietà reologiche della soluzione di alginato, dove una struttura debole dell’inchiostro di idrogel può compromettere le proprietà meccaniche, rendendo difficile per l’idrogel conservare una forma in una geometria predeterminata.”
In questo progetto, il team di ricerca ha utilizzato sia idrogel di alginato e gelatina, rinforzati con TiO 2 e β-tricalcio fosfato, per personalizzare le strutture per la stampa 3D. A causa dei miglioramenti, le proprietà meccaniche sono state rafforzate come previsto, fino a 20 MPa di modulo elastico, con pori che misurano una dimensione media di 200 μm. Gli scaffold sono stati creati in Rhinoceros 5.0 , usando il plugin Grasshopper . Sono stati fatti tre tipi:
Griglia
Voronoi
esagoni
Parametri inclusi:
Spessore della linea (0,40-0,60 mm)
Dimensione della cella (in base al numero di cellulare)
Numero di celle (25-35)
La stampante RepRap Mendelmax 3D è stata utilizzata nella fabbricazione e gli scaffold sono stati creati a un’altezza dello strato di 0,15 mm, con uno spessore del guscio di 0,25 mm e un flusso continuo del 100 percento. Come i ricercatori sottolineano nel loro lavoro, i parametri fisico-chimici che determinano la stampabilità di un idrogel sono noti come proprietà reologiche. In questa ricerca, sono stati caratterizzati utilizzando un reometro a piastra.
Prove di reologia: (a) Curva di flusso per inchiostri idrogel pre-reticolato; (b) Sweep di ampiezza per inchiostri idrogel pre-reticolati; (c) Curva di flusso di idrogel con differenti composizioni con 0,20% di pre-reticolante; (d) Sweep di ampiezza (modulo di stoccaggio) di idrogel con diverse composizioni con lo 0,20% di pre-reticolante.
“La viscosità degli inchiostri idrogel è tracciata in funzione della velocità di taglio. Si è scoperto che alterando la concentrazione di cloruro di calcio risultava un metodo pratico per controllare la viscosità dell’inchiostro di alginato “, affermano i ricercatori. “Quando la concentrazione di cloruro di calcio aumenta, la viscosità dell’idrogel aumenta a causa di una maggiore percentuale di molecole di alginato reticolato ionicamente legate al calcio.”
In questo caso, l’inchiostro di idrogel dimostra anche assottigliamento, reso evidente quando la viscosità diminuisce e cresce la velocità di taglio, causata dalla riorganizzazione della catena polimerica che provoca stiramento, raddrizzamento e diminuzione della viscosità; tuttavia, la precisione di stampa aumenta con l’aumentare della viscosità.
“Nel complesso, le proprietà reologiche degli inchiostri idrogel sono favorevoli per il processo di estrusione nella stampante 3D”, hanno affermato i ricercatori. “Nella siringa, le catene di idrogel formano una rete temporanea ad alta viscosità. Al momento dello smaltimento attraverso un ago, la rete viene suddivisa a taglio e le catene polimeriche si allineano, riducendo la viscosità per ordine di grandezza. Subito dopo la rimozione dello sforzo di taglio, la rete viene ripristinata, con conseguente alta fedeltà di stampa al momento della deposizione. “
Tutti gli idrogel hanno mostrato un’elevata porosità e, come i ricercatori spiegano ulteriormente, questa è una proprietà desiderata. Quando si aggiunge gelatina in HG-2 o in nanopolveri di TiO 2 in HG-3, tuttavia, la dimensione dei pori diminuisce. Ciò è dovuto alla maggiore entanglement e trasformazione della catena polimerica nella struttura interna degli idrogel. Il team di ricerca afferma che anche così, la dimensione dei pori e la deviazione standard sono ancora adeguati per incoraggiare la crescita delle cellule.
Per quanto riguarda i test di trazione, il modulo elastico più alto è stato ottenuto aggiungendo TiO 2 (HG-4), 20 MPa, osservando che l’aggiunta di gelatina e nanoparticelle non ha avuto alcun effetto sulle proprietà viscoelastiche; tuttavia, ha fatto la differenza nelle proprietà meccaniche del successivo alginato reticolato. Hanno anche notato che una volta che la gelatina è combinata con la soluzione di alginato pre-reticolato, la stampabilità non è influenzata.
“Lo studio fornisce nuove informazioni sulle possibilità di aggiunta di alginato / gelatina con nanoparticelle di TiO 2 e stampa 3D di idrogel composito β-TCP per la rigenerazione dei tessuti, dove vengono effettuati ulteriori test per dimostrare citotossicità, proliferazione cellulare e bioattività del materiale” hanno concluso i ricercatori.
La bioprinting con l’uso di scaffold è sia una scienza in crescita sia un’arte in quanto i ricercatori cercano di ricreare gli organi in laboratorio e ingegnerizzano i tessuti per molti usi diversi come fare ossa , creare impianti facciali , promuovere la ricrescita della cartilagine e molto altro ancora.
