Il DNA è una molecola composta da due catene che si avvolgono l’una attorno all’altra per formare una doppia elica che trasporta le istruzioni genetiche utilizzate nella crescita, nello sviluppo, nel funzionamento e nella riproduzione di tutti gli organismi conosciuti. DNA e acido ribonucleico (RNA)sono acidi nucleici; insieme a proteine, lipidi e carboidrati complessi (polisaccaridi), gli acidi nucleici sono uno dei quattro principali tipi di macromolecole essenziali per tutte le forme di vita conosciute. Il DNA è vitale per tutti gli esseri viventi – anche le piante. È necessario per l’ereditarietà, la codifica per le proteine ed è la guida per l’istruzione genetica per la vita e i suoi processi. Il DNA contiene le istruzioni per lo sviluppo e la riproduzione di un organismo o di ogni cellula e, infine, la morte. L’effetto della scoperta del DNA sul progresso scientifico e medico è stato enorme, sia che si tratti dell’identificazione di geni che scatenano malattie gravi o della creazione e produzione di farmaci per curare queste malattie devastanti. Daremo un’occhiata al DNA e al modo in cui influisce sulla bioprinting in modi che potremmo non essere tutti consapevoli.
Quando si tratta di bioprinting, si potrebbe pensare che stiamo tentando di creare parti bioprotette che verranno utilizzate nel o sul corpo umano. Affinché questi oggetti non vengano rifiutati dal corpo, è necessario disporre di materiali che corrispondano geneticamente al corpo ospitante. DNA: le interazioni del DNA sono attualmente utilizzate come agenti leganti. Questi agenti aiutano a stampare oggetti macroscali. Il DNA viene utilizzato per assemblare microparticelle in macro strutture. Ciò consente il controllo sull’organizzazione di quelle strutture a scala nanometrica, micrometrica e centimetrica. Le microparticelle di polistirolo rivestite di DNA possono essere assemblate su scala nanometrica usando il DNA: interazioni complementari con il DNA. Alla scala del micrometro, la sottostruttura dipendente dal DNA (tessuto più piccolo) può essere sfruttata per ottenere una configurazione specifica. Infine, alla scala del centimetro, i gel stampati possono essere assemblati in 3D. Dato che gli scaffold stampati in 3D possono mantenere la loro forma e supportare la crescita delle cellule, esistono possibilità per la struttura degli organi per sottostruttura. La scalabilità è facilitata da questo approccio, in quanto l’uso di microparticelle rivestite di DNA per l’assemblaggio mediato dal DNA è significativamente più economico rispetto alle nanotecnologie di DNA convenzionali.
Un modo per sfruttare il DNA per la bioprinting è attraverso l’uso di dispositivi microfluidici. La microfluidica si occupa del comportamento, del controllo preciso e della manipolazione di fluidi che sono geometricamente vincolati a una scala piccola, tipicamente sub-millimetrica, alla quale la penetrazione capillare governa il trasporto di massa. È un campo multidisciplinare all’incrocio tra ingegneria, fisica, chimica, biochimica, nanotecnologia e biotecnologia, con applicazioni pratiche nella progettazione di sistemi in cui vengono elaborati bassi volumi di fluidi per ottenere il multiplexing, l’automazione e lo screening ad alta produttività. La microfluidica è emersa all’inizio degli anni ’80 e viene utilizzata nello sviluppo di testine di stampa a getto d’inchiostro, chip di DNA, tecnologia lab-on-a-chip, micro-propulsione e tecnologie micro-termiche. In termini di bioprinting, ci occupiamo di processi microfluidici, testine di stampa a getto d’inchiostro e tecnologia lab-on-a-chip, perché sono direttamente correlati ai bioprinters 3D e al loro futuro nel suo insieme. Possiamo usare metodi microfluidici per elaborare il DNA di qualunque biomateriale stiamo usando. Le teste di estrusione a base di microfluidica sono essenziali per avere biomateriali che sono ben fatti a livello microscopico dove il DNA è vitale. Maggiore è la precisione a livello micro della creazione di biomateriali, maggiore è la probabilità che non ci si preoccupi della composizione genetica di alcun oggetto bioprotetto. Ciò porta a un migliore utilizzo e adozione in ambito clinico. Le teste di estrusione a base di microfluidica sono essenziali per avere biomateriali che sono ben fatti a livello microscopico dove il DNA è vitale. Maggiore è la precisione a livello micro della creazione di biomateriali, maggiore è la probabilità che non ci si preoccupi della composizione genetica di alcun oggetto bioprotetto. Ciò porta a un migliore utilizzo e adozione in ambito clinico. Le teste di estrusione a base di microfluidica sono essenziali per avere biomateriali che sono ben fatti a livello microscopico dove il DNA è vitale. Maggiore è la precisione a livello micro della creazione di biomateriali, maggiore è la probabilità che non ci si preoccupi della composizione genetica di alcun oggetto bioprotetto. Ciò porta a un migliore utilizzo e adozione in ambito clinico.
Abbiamo brevemente menzionato l’importanza del DNA come agente legante all’interno del bioprinting. In natura, le cellule si autoassemblano nelle complesse architetture tridimensionali. La funzione biologica segue da detta struttura. Il comportamento di una singola cellula dipende dai segnali delle cellule vicine e il comportamento collettivo delle cellule e dei tessuti in un organo emerge da queste relazioni tridimensionali. Quindi è indispensabile avere il DNA: le interazioni del DNA funzionano a un livello elevato. DNA: le interazioni del DNA si riferiscono a legami che si verificano con interazioni tra più di un DNA. A questo punto, il nuovo metodo può essere utilizzato per creare strutture – composte da tessuto e gel che la circondano e simulano l’ambiente in cui il tessuto vive nel corpo – che sono poche centinaia di micrometri di spessore e diversi centimetri di larghezza. Realizzare tessuti più spessi richiederà un notevole ostacolo affrontando tutta l’ingegneria tissutale: fornendo alle cellule ossigeno e sostanze nutritive come fanno i vasi sanguigni nel corpo. Fare tessuti più densi richiederà la rimozione di un enorme ostacolo che affronta tutta l’ingegneria tissutale: dare alle cellule ossigeno e sostanze nutritive come fanno i vasi sanguigni nel corpo. Utilizzando la microfluidica si può creare un ambiente di assemblaggio naturale a livello micro e nano grazie alla direzione della velocità del DNA: si verificano interazioni e legami del DNA.
Nel complesso, il DNA è essenziale per la bioprinting. Stiamo cercando di controllare le interazioni che abbiamo con il DNA su un livello micro e nanometrico. Questo ci permette di costruire cose migliori all’interno della macroscala. L’alta precisione nei biomateriali e nella bioprinting è essenziale se vogliamo renderlo fattibile per l’ambiente clinico. Dobbiamo anche sfruttare le tecniche di microfluidica poiché sono il futuro della precisione quando si tratta di bioprinting in generale.
