Il nuovo idrogel biodegradabile elastico potrebbe aiutare la stampa 3D di tessuti molli umani nel futuro
L’anno scorso, il dott. Yi Hong, professore di Bioingegneria all’Università del Texas ad Arlington (UTA), ha ricevuto una sovvenzione R21 dal National Institutes of Health (NIH) per sviluppare materiali per produrre vasi sanguigni stampati in 3D per bambini affetti da difetti alla vascolarizzazione . Il Dr. Hong è stato il principale fruitore di borse di ricerca per un totale di oltre 850.000 dollari da quando ha iniziato la sua carriera. Ora, continua il suo lavoro con la stampa 3D in campo medico, guidando un team che ha creato un idrogel biodegradabile altamente elastico per i materiali di stampa 3D che possono imitare i tessuti molli umani. La nuova sostanza elastica potrebbe un giorno aiutare a generare diversi tipi di tessuto, compresi i vasi sanguigni, i muscoli del cuore, i muscoli scheletrici e la pelle.
Il Dr. Hong ha spiegato : “La bio-stampa di tessuti molli soffre di sfide importanti in quanto gli idrogel sono spesso fragili e non-estensibili e non possono imitare il comportamento meccanico dei tessuti molli umani.
“Per superare queste sfide, abbiamo sviluppato un sistema semplice utilizzando un singolo meccanismo di reticolazione attivato dalla luce visibile per ottenere un idrogel altamente elastico e robusto, biodegradabile e biocompatibile per la stampa cellulare”.
Il bioprinting 3D , che prevede l’uso di cellule vive all’interno di strutture di tessuti artificiali, è destinato a scuotere il campo sanitario come lo conosciamo. Ma gli idrogel, sebbene usati spesso nelle applicazioni di biostampa 3D, non sono materiali infallibili e tendono a rompersi facilmente.
Il Dr. Hong ha detto : “Non è forte, non è morbido, non è elastico”.
I ricercatori hanno recentemente pubblicato un documento sul loro lavoro, intitolato ” Hydrogel a rete singola biodegradabile altamente elastico per la stampa cellulare “, nella rivista ACS Applied Materials and Interfaces dell’American Chemical Society ; co-autori includono Cancan Xu , Wenhan Lee , Guohao Dai della Northeastern University di Boston e il Dr. Hong.
L’abstract dice: “La stampa cellulare sta diventando una tecnica comune per fabbricare un’impalcatura stampata cellularizzata per applicazioni biomediche. Ci sono ancora sfide significative nel bioprinting sui tessuti molli usando l’idrogel, che richiede cellule vive all’interno degli idrogel. Inoltre, le proprietà meccaniche resilienti degli idrogel sono anche necessarie per mimare meccanicamente i tessuti molli nativi. Qui, abbiamo sviluppato un idrogel reticolabile a rete singola visibile, a singola rete, biodegradabile con elevata elasticità e flessibilità per la stampa cellulare, che è diverso dal precedente idrogel altamente elastico con doppia rete e due componenti. L’idrogel a rete singola che utilizza un solo stimolo (luce visibile) per innescare la gelificazione può semplificare notevolmente il processo di stampa cellulare. Gli idrogel ottenuti possedevano un’elevata elasticità, e le loro proprietà meccaniche possono essere regolate per adattarsi ai vari tessuti molli nativi. Gli idrogel avevano una buona compatibilità cellulare per supportare la crescita dei fibroblasti in vitro. Varie cellule umane sono state bioprotette con gli idrogel per formare costrutti di gel cellulari, in cui le cellule hanno mostrato un’elevata vitalità dopo 7 giorni di coltura. Modelli complessi sono stati stampati dagli idrogel, suggerendo la fattibilità dell’idrogel per la stampa cellulare. Riteniamo che questo idrogel a rete singola altamente elastico possa essere stampato semplicemente con diversi tipi di cellule e potrebbe fornire una nuova piattaforma di materiali e un nuovo modo di pensare per la ricerca di bioprinting basata sull’idrogel “. in cui le cellule hanno mostrato un’elevata vitalità dopo 7 giorni di coltura. Modelli complessi sono stati stampati dagli idrogel, suggerendo la fattibilità dell’idrogel per la stampa cellulare. Riteniamo che questo idrogel a rete singola altamente elastico possa essere stampato semplicemente con diversi tipi di cellule e potrebbe fornire una nuova piattaforma di materiali e un nuovo modo di pensare per la ricerca di bioprinting basata sull’idrogel “, in cui le cellule hanno mostrato un’elevata vitalità dopo 7 giorni di coltura. Modelli complessi sono stati stampati dagli idrogel, suggerendo la fattibilità dell’idrogel per la stampa cellulare. Riteniamo che questo idrogel a rete singola altamente elastico possa essere stampato semplicemente con diversi tipi di cellule e potrebbe fornire una nuova piattaforma di materiali e un nuovo modo di pensare per la ricerca di bioprinting basata sull’idrogel “.
Nel documento, che è stato scelto anche come Editors ‘Choice della American Chemical Society, i ricercatori spiegano come il loro idrogel stampabile in 3D sia formato da un polimero tri-block biodegradabile di polycaprolactone – poly (etilenglicole) – polycaprolactone (PCL-PEG-PCL ) – insieme a due gruppi terminali di acrilati e un iniziatore solubile in acqua a luce visibile.
Il Dr. Hong ha affermato: “Il Polycaprolactone e il poly (ethylene glycol) sono già ampiamente utilizzati nei dispositivi e negli impianti approvati dalla Food and Drug Administration, cosa che dovrebbe facilitare la traduzione rapida del materiale in studi pre-clinici e clinici in futuro. Il tunability delle proprietà meccaniche di questo idrogel per abbinare i diversi tessuti molli è un vantaggio reale. ”
Una domanda di brevetto provvisorio è già stata depositata per il nuovo materiale elastico, che può essere utilizzato per creare cerotti tissutali che aiuteranno il tessuto naturale del paziente sia a guarire che a ricrescere.
“Questi colleghi potrebbero aver creato un nuovo modo di pensare alla ricerca sulla bio-stampa di idrogel. Questo lavoro è fondamentale anche per far progredire il tema strategico della salute e della condizione umana dell’UTA attraverso il lavoro interdisciplinare “, ha dichiarato Michael Cho, presidente della Bioingegneria dell’UTA, congratulandosi con la squadra del Dr. Hong per il loro lavoro.
Preparazione e caratterizzazione di idrogel biodegradabile altamente elastico a luce visibile reticolata a rete singola per la stampa cellulare.
L’obiettivo della ricerca è quello di creare nuovi vasi sanguigni per i bambini con difetti cardiaci utilizzando il nuovo idrogel. Tuttavia, il Dr. Hong dice che ci sono ancora anni di test prima che ciò accada.
