I ricercatori esaminano il potenziale di biomineralizzazione sintetica negli innesti ossei di stampa 3D
Ricercatori dalla Nuova Zelanda e dall’Australia stanno studiando l’uso di elementi naturali come ispirazione per la stampa 3D negli innesti ossei, descrivendo in dettaglio le loro scoperte in ” Verso lo sviluppo degli innesti ossei artificiali: combinando biomineralizzazione sintetica con stampa 3D “. Autori Mima Kurian, Ross Stevens e Kathryn McGrath descrivono le tecniche incentrate sulla madreperla (nota alla maggior parte di noi come madreperla). Ora noto come metodo McGrath, l’uso della biomineralizzazione sintetica consente agli scienziati di stampare in 3D scaffold artificiali con idrogel di chitosano utilizzato per l’inchiostro.
Finora, il metodo McGrath si svolge in una stampante 3D personalizzata dal team di ricerca, che mostra un grande potenziale per l’utilizzo di compositi minerali polimerici compartimentati 3D. Nacre viene scelto come materiale per la sua importanza biologica nel suo complesso, che lo ha reso oggetto di altri studi prima. In questo caso, i ricercatori stanno studiando le qualità della biomineralizzazione in madreperla mentre creano compositi di carbonato di calcio e chitosano stampati in 3D. La forza di Nacre è simile all’osso naturale, rendendolo un’area di studio adatta per i ricercatori che cercano ulteriori progressi nel campo degli innesti ossei artificiali.
I ricercatori hanno sviluppato scaffold a base di chitosano che sono stampati in 3D e mineralizzati, con la tecnica che hanno creato consentendo di creare facilmente la forma, le dimensioni e la connettività desiderate, insieme alla geometria e all’orientamento dei pori. La ricerca è anche stata catapultata in ulteriori studi relativi a:
Rigenerazione tissutale
Sviluppo di organi in vitro
Infissi ossei
Materiali di ricambio
Modelli anatomici per lo screening farmacologico
In questo studio, i ricercatori usano il metodo McGrath per creare la formazione di minerali in scaffold stampati in 3D, con la loro integrità strutturale valutata nell’esaminare diverse concentrazioni di idrogel di chitosano.
“Con l’aumento della concentrazione di chitosano è stata osservata una maggiore formazione continua di filamenti e una maggiore ritenzione della forma”, hanno affermato i ricercatori. “Se la concentrazione di chitosano era troppo alta, la pressione richiesta per indurre il flusso e raggiungere una viscosità appropriata era oltre l’intervallo disponibile nella stampante utilizzata qui.”
Nel complesso, il team di ricerca ha scoperto che tali compositi sono migliorati controllando caratteristiche come la porosità, l’architettura degli scaffold, la densità dei polimeri, il contenuto di minerali e altro ancora. Hanno anche notato l’importanza della forza nell’adesione degli strati:
“Gli strati di idrogel stampati erano laminati l’uno con l’altro; l’adesione è abbastanza forte da evitare lo slittamento dello strato e quindi formare una struttura 3D stabile “, hanno affermato i ricercatori. “L’idrossido di sodio etanolico, utilizzato per laminare gli strati stampati l’uno sull’altro, parzialmente deprotona i gruppi amminici negli strati di idrogel stampato in modo tale che gli strati stampati non fluiscano e aderiscano l’uno all’altro con un’apprezzabile adesione”.
Questo progetto di ricerca ha prodotto scaffold stampati in 3D strutturalmente stabili, composti da macropori, micropori e nanopori. Mentre sono stati esplorati vari stati di disidratazione, sia gli impalcati essiccati liofilizzati che quelli critici hanno conservato la porosità dell’idrogel come desiderato, senza restringimento.
“Gli impalcati a base di idrogel di chitosano sono stati mineralizzati tramite il metodo McGrath in presenza e in assenza di PAA come modificatore della crescita dei cristalli”, hanno concluso i ricercatori. “I macropori stampati e la struttura strato per strato degli scaffold chitosani 3D hanno aumentato l’estensione della mineralizzazione raggiunta nel composito finale.”
“Utilizzando 2,5% w / w PAA e modificare il processo di mineralizzazione McGrath per eseguire la mineralizzazione quando l’idrogel scaffold chitosano è nel suo stato idratato, pancake-come formazione di carbonato di calcio, che è in stretta associazione con la matrice idrogel, come ottenuto in precedenza su film sottili 2D, è replicato con impalcature 3D a base di idrogel di chitosano. Tuttavia, sono necessarie ulteriori ricerche per ottenere una distribuzione ottimale di questa particolare morfologia attraverso l’impalcatura stampata in 3D. “
Un numero sorprendente di progressi high-tech ha preso il comando del potere inestimabile della natura. Gli esseri umani sono continuamente affascinati dalle più semplici alle più complesse sfaccettature degli spazi aperti, dal regno animale e dai molti dettagli che incontriamo quando siamo all’aria aperta o esploriamo la biologia e la scienza. Nella stampa 3D, abbiamo seguito storie di scienziati, designer e ingegneri che hanno creato qualsiasi cosa, dai polimeri a cristalli liquidi alle armature ispirate alle squame di pesce e alle scarpe personalizzate di esobiologia basate sulla natura.
