Bioprinting presso l’Università della Pennsylvania: impatti sulla conduttività negli idrogel granulari
Per raggiungere l’obiettivo della stampa 3D di organi umani, la bioprinting deve continuare ad evolversi. I ricercatori non solo sono consapevoli di questo, ma poiché fanno parte del processo nel tentativo di produrre enormi impatti nel regno medico, continuano a perfezionare la bioprinting in nuovi studi come quello delineato negli idrogel granulari iniettabili e conduttivi recentemente pubblicati per Stampa 3D e supporto del tessuto elettroattivo . “
Gli autori Mikyung Shin, Kwang Hoon Song, Justin C. Burrell, D. Kacy Cullen e Jason A. Burdick spiegano il loro approccio alla creazione di idrogel granulari iniettabili attraverso le seguenti fasi:
Le microparticelle di idrogel sono create con emulsioni acqua nell’olio.
I microgel sono personalizzati durante un processo di riduzione in situ .
I microgel vengono “bloccati” nell’estrusione da una siringa.
La conduttività degli idrogel è stata facilmente modificata nel nuovo concetto creato dagli autori, basato sull’assemblaggio di microparticelle di acido ialuronico in solidi contenenti reti metallo-fenoliche. La riduzione si basa su frazioni gallol, polifenoli comuni con una base naturale.
“La parte gallolica ha benzene-1,2,3-trioli, in grado di ossidarsi per formare gallochinoni e donare due elettroni per una molecola”, hanno affermato i ricercatori. “In combinazione con questa ossidazione della gallol, gli ioni metallici (ad es. M + ) vengono ridotti per generare nanoparticelle di metallo (ad es. M 0 ). Inoltre, i galloli possono agire come chelanti per formare reti coordinate con nanoparticelle metalliche. “
“Inoltre, l’iniezione intrinseca di idrogel granulari consente la realizzazione di schemi elettroattivi stampati in 3D (ad es. Dispositivi elettronici indossabili e flessibili) e il supporto elettrofisiologico per i tessuti biologici (ad es. Miocardio, muscoli scheletrici).”
La tecnica in situ offre un potenziale ancora maggiore rispetto all’incorporamento, perfezionando sia la conduttività che le proprietà meccaniche. La conduttività elettrica degli idrogel è stata ulteriormente esplorata poiché gli autori si aspettavano ulteriori miglioramenti a causa di un’ampia superficie che favoriva il “flusso elettrico continuo”.
Le strutture in idrogel e le loro varianze hanno influenzato la conduttività; per esempio, all’interno dei microgel privi del totale degli AgNP, esisteva una conduttività limitata. Con l’aggiunta di AgNP, tuttavia, la conduttività è stata migliorata. Le dimensioni e la morfologia sono state notate anche per fare la differenza nella conduttività, ma si ritiene che dipendano dalla “grandezza”.
“Poiché la rete di coordinamento metallo-fenolico coinvolta nelle interazioni tra microgel è dinamica e reversibile, le applicazioni dovrebbero considerare il potenziale di dissociazione dei microgel e l’eventuale necessità di ulteriore reticolazione secondaria per la stabilità dell’idrogel. Ad esempio, la conduttività è diminuita da 0,05 a 0,01 S cm −1 quando è stata incubata per 5 giorni a temperatura corporea a causa di una graduale perdita della rete fisico-chimica tra microgel “, hanno concluso i ricercatori.
“Gli idrogel granulari conduttivi hanno permesso l’estrusione stampabile 3D, fabbricando costrutti indipendenti sul film polimerico con conducibilità in funzione del rapporto volumetrico dei microgel con / senza nanoparticelle metalliche. Inoltre, i microgel conduttivi hanno ripristinato la conduzione elettrica collegando due tessuti muscolari separati. I nostri risultati presentano una nuova tecnica nella progettazione di materiali morbidi conduttivi che sono anche iniettabili, un approccio promettente per migliorare la conduttività elettrica per numerose applicazioni biomediche “.
Colmare i tessuti conduttivi con idrogel granulari. a) Immagine schematica e rappresentativa del test di conduzione del tessuto elettrico ex vivo mediante muscoli scheletrici isolati e iniezione di idrogel granulari tra i muscoli. b) Segnali elettromiografici rilevati nel muscolo non stimolato con una corrente di stimolazione di 100 mA. Le frecce indicano l’ampiezza del potenziale d’azione. c) Ampiezza dell’azione potenziale rilevata nel muscolo non stimolato durante i ponti di tessuto con gli idrogel granulari, da (-) AgNPs, in situ o microgel pre-emb. nd per non rilevabile, * p <0,05, ** p <0,01, ANOVA a due vie. 
Stampa 3D di idrogel conduttivi. a) Immagini del processo di stampa 3D degli idrogel granulari conduttivi e morfologia del filamento stampato. La freccia nera indica una forza fisica (F) applicata al filamento con traslazione dell’ago durante la stampa, mostrando autoportante il filamento. b) Stampabilità degli idrogel granulari fabbricati con microgel senza AgNP (“(-) AgNPs) o con AgNP pre-incorporati (” pre-Emb “) o sintetizzati in situ (” in situ “) sul film polimerico e loro liberi Stabilità eccezionale quando rimosso con una pinza. c) Schema e immagini del trasferimento del reticolo stampato dei microgel conduttivi sul miocardio suino. d) Conducibilità di filamenti estrusi in funzione del rapporto di miscelazione volumetrico v / v dei microgel “(-) AgNPs” o “in situ, (+) AgNPs”. ANOVA a senso unico, Test di Dunnett per confronti multipli con il filamento “100/0”, ns per non significativo, ** p <0,01, *** p <0,001. Barre di scala: 100 µm per (a) e 3 mm per (b, c).