Stampa 3D per la rigenerazione dei nervi: condotti per la guida dei nervi a base di metacrilato di gelatina
Ricercatori cinesi approfondiscono l’ingegneria dei tessuti, rilasciando i risultati del loro recente studio sulla ” stampa 3D di condotti di guida nervosa a base di metacrilato di gelatina con canali multipli “.
Mentre ci sono stati progressi incredibili nei mondi della bioprinting e dell’ingegneria dei tessuti, ci sono state anche molte sfide. Aree come la rigenerazione ossea sono note per essere particolarmente difficili, insieme a premesse di base come la sostenibilità e la vitalità delle cellule , ma in questo studio, la rigenerazione del tessuto nervoso e del nervo periferico sono al centro dell’attenzione mentre gli scienziati sviluppano un nuovo bioink.
Di solito, il risultato di un trauma o di un difetto alla nascita, una lesione del nervo periferico (PNI) è un grave problema medico nei pazienti che possono anche perdere la funzione sensoriale e motoria. Centinaia di migliaia di interventi chirurgici di riparazione dei nervi vengono eseguiti in tutto il mondo ogni anno, con gli innesti nervosi comuni:
“Tuttavia, l’offerta limitata, la morbilità permanente del sito donatore, le dimensioni e la discrepanza geometrica e le procedure chirurgiche aggiuntive limitano le alternative cliniche”, hanno affermato i ricercatori.
“I risultati misti ottenuti usando questa tecnica sono un altro svantaggio, con la maggior parte dei pazienti che ripristina la funzione limitata dopo la procedura. Pertanto, devono essere sviluppate alternative artificiali per sostituire gli autoinnesti con appropriate proprietà meccaniche e biologiche. “
Poiché la fabbricazione su microscala è diventata possibile tramite la stampa 3D, i condotti di guida del nervo sono diventati una possibilità maggiore sull’innesto nervoso autologo. Questi set di ponti tubolari forniscono spunti per la rigenerazione degli assoni, prevenendo in situ il tessuto cicatriziale e impedendo la compressione dei nervi che si stanno rigenerando.
Finora, sia la stampa 3D basata sull’estrusione che quella laser sono state utilizzate nella creazione di NGC, con la stampa basata sull’estrusione maggiormente preferita a causa della biocompatibilità e versatilità; tuttavia, i ricercatori sottolineano che ci sono problemi con tali metodi, come sfide con la velocità, la stabilità nelle strutture e una risoluzione inferiore. La stereolitografia (SLA) è stata studiata anche per l’uso, ma presentava ancora problemi con la velocità:
“Pertanto, è necessario sviluppare urgentemente un’adeguata tecnica di stampa 3D in grado di fabbricare NGC con architetture complesse in modo rapido ed efficiente”, hanno affermato i ricercatori.
L’elaborazione della luce digitale (DLP) offre prestazioni superiori, soprattutto perché il dispositivo micro-mirror digitale (DMD) incoraggia la reticolazione in un livello completo, al contrario della tecnica SLA con un solo punto. Nel confrontare i due, tuttavia, il tempo di stampa è lo stesso. Ci sono anche altre sfide in quanto gli inchiostri biomateriali potrebbero non essere adatti.
In questo studio, la stampa 3D DLP è stata utilizzata con gelatina metacrilato (GelMA) per l’inchiostro. I ricercatori hanno cercato di ottimizzare i parametri nella stampa DLP al fine di fabbricare “strutture 3D bioniche di alta qualità”. I campioni sono stati quindi testati per resistenza meccanica, biocompatibilità e differenziazione neuronale.
Gli stampi sono stati progettati in SolidWorks, tagliati con Creation Workshop e stampati in 3D su una stampante 3D DLP commerciale prodotta dall’Intelligent Manufacturing Research Institute di Suzhou.
Stampa basata su DLP di condotti di guida nervosa basati su GelMA (NGC). (A) Uno schema che illustra la fabbricazione di NGC con GelMA puro. (B) Caratterizzazione reologica di GelMA: (I) viscosità-velocità di taglio dell’acqua e 13,3% GelMA e (II) tempi di taglio del modulo di taglio del 13,3% GelMA.
Vantaggi dell’utilizzo della DLP inclusi:
Maggiore omogeneità
Velocità di stampa
Produzione
I ricercatori hanno sperimentato i parametri per valutare il potenziale degli NGC GelMA con un design a 4 canali. Gli NGC sono stati influenzati dall’esposizione, dalla luce e dallo spessore dello strato durante la stampa 3D.
Processi di produzione di condotti di guida nervosa basati su GelMA (NGC). (A) Modello multicanale fotoincollato con diversi tempi di esposizione. (B) NGC con diametri interni variabili, fabbricati usando un tempo di esposizione adeguato.
“I risultati dimostrano la fattibilità della stampa di NGC personalizzati con GelMA puro”, hanno concluso i ricercatori.
“I NGC fabbricati possono supportare la sopravvivenza, la proliferazione e la migrazione delle cellule PC-12 e indurre le NCSC a differenziarsi in neuroni. Pertanto, l’utilizzo della stampa DLP nell’ingegneria dei tessuti neurali può sviluppare NGC GelMA che imitano l’architettura naturale del nervo e mostrano un grande potenziale per la rigenerazione del nervo. “
Scansione di immagini al microscopio elettronico di condotti di guida nervosa. (A) Immagini a basso ingrandimento (14 ×) che mostrano la sezione trasversale (linea gialla tratteggiata dell’immagine a destra che mostra il piano in cui sono stati tagliati i campioni per acquisire immagini longitudinali). (B) Immagini a basso ingrandimento (40 ×) che mostrano la sezione longitudinale (doppia freccia laterale dell’immagine a destra che mostra il diametro del canale). (Per l’interpretazione dei riferimenti al colore in questa legenda delle figure, il lettore si riferisce alla versione web di questo articolo.)