Ricercatori della McGill University: possiamo usare il PLA per le biostampanti desktop?
Il bioprinting si è rivelato utile per la rigenerazione ossea, poiché i ricercatori imparano a creare strutture più stabili che imitano il tessuto umano. Nelle tridimensionali impalcature polilattiche stampate tridimensionali promuovono la deposizione di matrici omogenee in vitro , gli autori Rayan Fairag, Derek H. Rosenzweig, Jose L. Ramirez-Garcialuna, Michael H. Weber e Lisbet Haglund esplorano gli usi del bioprinting desktop con PLA.
Anche oggi nella medicina convenzionale, i chirurghi hanno difficoltà a riparare le ossa che hanno subito un trauma, a causa di un incidente, di un tumore o di altri problemi gravi. L’innesto può ancora essere difficile da completare, e quindi problematico in seguito in termini di dolore, infezione e la necessità di più procedure. Materiali come il cemento osseo di fosfato di calcio (un innesto sintetico) sono diventati più popolari per la riparazione dei difetti ossei, ma ci sono anche limitazioni dovute alla mancanza di resistenza meccanica. Anche se sono stati utilizzati i poli-cementi, possono causare stress attorno all’area target e portare a frattura secondaria, che sconfigge del tutto lo scopo della guarigione.
Qui, i ricercatori hanno studiato l’uso dell’ingegneria tissutale per la riparazione ossea in cellule in crescita, scaffold e utilizzando numerosi fattori bioattivi. La stampa 3D ha avuto successo nella fabbricazione di scaffold utilizzando diversi polimeri come il PLA.
“Il materiale ideale per lo sviluppo di scaffold dovrebbe soddisfare criteri specifici”, affermano i ricercatori. “Il materiale deve essere biocompatibile e deve essere in grado di essere generato con una rete interconnessa per imitare l’architettura del tessuto naturale.”
La sostenibilità cellulare è la sfida più grande, insieme alla creazione di strutture stabili. I ricercatori hanno cercato di creare scaffold che permettessero una completa sostenibilità cellulare, insieme al miglior ambiente per incoraggiare la formazione di tessuti. Devono inoltre consentire quanto segue:
Fabbricazione in forme diverse e complesse
Resistenza a infiammazione e tossicità
Forti proprietà meccaniche
Porosità appropriata
Accessibilità
In studi precedenti, i ricercatori erano a conoscenza del fatto che il PLA 3D stampato dal desktop era adatto sia per applicazioni di ingegneria tissutale a base di condrociti che di nucleus polposo. Qui, hanno testato gli scaffold PLA con dimensioni dei pori di 500, 750 e 1000 μm, fabbricando strutture accurate con una buona porosità; infatti, tutti gli scaffold riflettevano i pori in linea con i progetti iniziali, lasciando agli autori la conclusione di questa ‘accuratezza suggerita’ con la stampante 3D desktop, in questo caso, il Flashforge Creator Pro .
I risultati delle dimensioni dei pori erano i seguenti:
Piccoli scaffold dei pori: 585,61 μm ± 26,40
Scaffali a pori medi – 769,94 μm ± 12,98
Grandi scaffold dei pori: 1028,85 μm ± 57,54, p <0,0001
“Il processo di fabbricazione e di riproduzione degli scaffold manifesta un’elevata accuratezza e precisione come evidenziato dall’analisi μCT, che dimostra il valore della stampa a basso costo nelle applicazioni di ingegneria tissutale”, hanno affermato i ricercatori.
Gli autori hanno riportato quanto segue per le proprietà meccaniche:
“Sono state osservate differenze significative nella rigidità tra le tre taglie (p <0,05, p <0,0001) in cui il modulo di Young per la piccola dimensione dei pori era 206,7 MPa ± 0,17 SD, lo scaffold di media dimensione era 137,5 MPa ± 6,98 SD e 116,4 MPa ± 5.97 SD per lo scaffold PLA di grandi dimensioni. “
Proprietà meccaniche degli scaffold stampati in 3D. (A) Modulo di Young che rappresenta il 5-10% delle curve di sollecitazione / deformazione compressiva degli scaffold di PLA stampati. Per ogni set, (n = 3), le barre di errore rappresentano ± SD e (* = valore P <0,05), (# = valore P <0,0001). (B) Curve di sollecitazione / deformazione di 500, 750 e 1000 μm che mostrano la quantità di deformazione, limite elastico (proporzionalità) e regione plastica. Per ogni set, (n = 3).
“Il punto di guasto di ogni scaffold era determinato dalle curve di sollecitazione / deformazione in cui il punto di rottura di dimensioni ridotte era di circa 21,63 MPa, circa 11,86 MPa per le medie dimensioni e circa 8,53 MPa per lo scaffold a pori di grandi dimensioni. I nostri risultati hanno dimostrato un modulo di compressione complessivo più alto con pori più piccoli a causa dell’aggiunta di materiale sfuso (la dimensione dei pori più piccola ha la maggiore quantità di materiale ed è la più rigida). “
L’uso del PLA ha avuto successo, indicando sia l’accuratezza che la riproducibilità, e gli scaffold hanno presentato proprietà come l’osso nativo. Gli autori hanno affermato che i dati riflettevano strutture sufficientemente stabili per un ambiente che reclutava cellule staminali ospiti e riparava l’osso.
“Saranno necessari studi in vivo per determinare potenziali effetti avversi, riparazione ossea e tassi di riassorbimento dello scaffold”, hanno affermato i ricercatori. “Non sorprende che la stampa 3D sia stata fortemente adottata dalla pratica clinica della chirurgia ortopedica, dall’educazione medica, dall’educazione del paziente e dalla scienza di base legata all’ortopedia.
“Considerando che la stampa 3D è stata utilizzata per qualche tempo per generare modelli di difetti dei pazienti per la pianificazione pre-chirurgica, vi è un crescente cambiamento nell’uso di questa tecnologia nella riparazione effettiva delle ossa o dei tessuti. Uno dei principali obiettivi nella chirurgia ortopedica e ricostruttiva è quello di utilizzare costrutti stampati in 3D per il riempimento dei difetti ossei, sostituendo le attuali terapie standard come un approccio innovativo per la riparazione ossea. Diversi studi hanno dimostrato l’applicabilità e la rilevanza clinica dell’uso di diversi tipi di polimeri stampati in 3D come sostituti dell’innesto. “
