Processo di decellularizzazione
Oggi impareremo a conoscere uno dei materiali sonori più complessi all’interno del bioprinting. Le matrici extracellulari decellularizzate sono importanti nei processi di bioprinting. Quel termine stesso sembra un boccone. Non agitarti. Lo scomporremo in parti semplici, e sarà gestibile da capire.
Per prima cosa definiamo cosa significa essere decellularizzati. La decellularizzazione è il processo utilizzato nell’ingegneria biomedica per isolare la matrice extracellulare (ECM) del tessuto dalle sue cellule residenti, lasciando uno scaffold ECM del tessuto originale, che può essere utilizzato nella rigenerazione di organi e tessuti artificiali.
La matrice extracellulare è una rete tridimensionale di macromolecole extracellulari, come il collagene, gli enzimi e le glicoproteine, che forniscono supporto strutturale e biochimico alle cellule circostanti. La composizione di una ECM varia tra strutture multicellulari. In genere la comunicazione da cellula a cellula avviene all’interno di un ECM, così come la differenziazione cellulare. La differenziazione cellulare si riferisce al processo di come una cellula cambia da un tipo di cellula all’altro.
La maggior parte dei tessuti connettivi all’interno degli animali consiste in un tipo di ECM. Le fibre di collagene e il minerale osseo comprendono l’ECM del tessuto osseo; le fibre reticolari e la sostanza fondamentale comprendono l’ECM di tessuto connettivo lasso; e il plasma sanguigno è l’ECM del sangue. Le fibre reticolari si riferiscono a un tipo di fibra nel tessuto connettivo composto da collagene di tipo III secreto dalle cellule reticolari. Le fibre reticolari reticolato e formano una rete sottile. Questa rete è sfruttata come una rete in tessuti molli come fegato, midollo osseo e tessuti e organi del sistema linfatico. La sostanza macinata si riferisce a una sostanza amorfa simile al gel nello spazio extracellulare che contiene tutti i componenti della matrice extracellulare ad eccezione di materiali fibrosi come il collagene e l’elastina.
Quando siamo nell’ambito della bioingegneria, stiamo usando matrici extracellulari decellularizzate allo scopo di creare organi e tessuti. Un ECM ha grandi proprietà fisiche grazie alla sua capacità di variare in termini di rigidità ed elasticità. Questa gamma consente l’utilizzo di un ECM per i tessuti cerebrali molli e le ossa dure. L’elasticità e la rigidità di un ECM dipendono dalla concentrazione di collagene ed elastina all’interno della sostanza. Gli ECM hanno la capacità di regolare ampiamente i processi cellulari a causa della loro flessibilità nelle proprietà biomeccaniche.
Una nota importante da capire è che le matrici extra decellularizzate sono usate perché sono separate dalle cellule all’interno del corpo. Un ECM è naturalmente all’interno del corpo, ma un dECM è ciò che usiamo al di fuori del corpo per creare materiali per la stampa.
Il vantaggio dell’uso di una matrice extracurricolare decellularizzata (dECM) è il fatto che è abbondante all’interno del corpo. Ciò significa che è probabile che non venga rifiutato quando si ripropone questo materiale per altri usi biologici nel corpo (questo si riferisce a noi che utilizzano gli ECM per scopi di bioprinting per la creazione di tessuti e la creazione di organi). Possiamo quindi aumentare o diminuire i livelli di collagene o elastina all’interno di questo materiale per riutilizzarlo rapidamente per un diverso utilizzo all’interno del corpo. Quindi possiamo prendere efficacemente un po ‘di ECM da un maiale e riutilizzarlo per il tessuto cerebrale. Inoltre bisogna capire che le ECM possono essere combinate con cellule staminali per far ricrescere anche gli organi. Permette anche una risposta del sistema immunitario liscia essendo una sostanza già presente nel corpo.
Il problema più grande con ECM è che hanno scarsa resistenza meccanica. Questi sono in genere materiali a base di tessuti molli da soli. Per creare un tessuto portante resistente, è importante rafforzare questo materiale e combinarlo con metodi di biologia sintetica per ottenere i migliori risultati. I DECM possono essere combinati con polimeri sintetici mediante elettrofilatura per creare scaffold ibridi. L’elettrofilatura è un metodo di produzione di fibre che utilizza la forza elettrica per prelevare fili carichi di soluzioni polimeriche o fusi di polimeri fino a diametri di fibre nell’ordine di alcune centinaia di nanometri. Gli scaffold ibridi si riferiscono alla biologia sintetica e ai dECM per creare scaffold a doppia proprietà.
I dECM sono utili per scopi in vivo e in vitro . Il dECM è particolarmente interessante per il tessuto rigenerativo in vivo a causa del modo in cui cattura in modo efficace la complessa serie di proteine e molti altri componenti della matrice che si trovano nel tessuto nativo, fornendo indicazioni ideali per la rigenerazione e la riparazione. In vitro, i dECM vengono utilizzati per la crescita e la sperimentazione dei tessuti in generale. Questo è il miglior materiale che abbiamo discusso finora nella serie in termini di praticità in vivo per il bioprinting.
Per creare un patibolo attraverso la bioprinting applicheremo molte delle tecniche che abbiamo già discusso all’interno di questa serie . Possiamo convertire un dECM in un bioink o idrogel che può essere estruso per scopi di bioprinting 3D. Possiamo anche applicare diverse comuni tecnologie di stampa 3D come la stampa SLA con questo tipo di materiale. È più comune utilizzare l’estrusione poiché questo materiale viene facilmente preparato in uno stato acquoso. Qualcosa su cui riflettere in futuro sta trasformando questo materiale in un materiale non acquoso. Ciò può portare a possibili sviluppi nel modo in cui possiamo utilizzare il materiale nel suo complesso.
Dato che abbiamo esaminato approfonditamente i dECM, comprendiamo che si tratta di un materiale in espansione nel settore della bioprinting. È importante capire in che modo possiamo sfruttare i dECM in futuro con altri polimeri per andare più in profondità con gli usi. Attualmente ci concentriamo sulle applicazioni dei tessuti molli per i dECM. Sono necessarie ulteriori ricerche per consentirci di sbloccare il potenziale di questo materiale. Avremo anche un articolo di follow-up sull’elettrospinning e la sua rilevanza per la bioprinting nel suo complesso.