PLA rinforzato con fibre di seta per realizzare chiodi ad incastro stampati in 3D per la guarigione delle fratture
Una frattura diafisaria è una rottura comune che si verifica lungo lo stelo di un osso lungo, come il femore, e può essere trattata con chiodi ad incastro, che vengono inseriti nell’osso e trafitti da viti alle estremità. Ma questi alla fine devono essere rimossi a causa di complicazioni che possono verificarsi quando le unghie sono state impiantate per lungo tempo, come materiali come l’acciaio inossidabile che non forniscono un buon ambiente biologico per le cellule.
I ricercatori S. Pitjamit , K. Thunsiri , W. Nakkiew e P. Pothacharoen dell’Università di Chiang Mai in Thailandia hanno pubblicato un documento intitolato ” Preparazione e caratterizzazione della fibroina di seta da quattro diverse specie di bozzolo di seta locale tailandese per applicazioni impiantate in osso” , “Sul loro lavoro usando il PLA, rinforzato con materiale di fibroina di seta di provenienza locale, per stampare in 3D un chiodo intrecciato biocomposito.
La seta può apparire e sembrare morbida, ma la fibra proteica è composta per il 75% di fibroina biocompatibile , un materiale forte e insolubile che ha molteplici applicazioni in campo medico , tra cui suture, cicatrizzazione delle ferite e ingegneria dei tessuti.
“Precedenti studi hanno dimostrato che la fibroina ha buone proprietà biologiche e meccaniche come la biocompatibilità, la biodegradabilità, la permeabilità all’acqua, la non citotossicità e la forza e la resilienza delle fibre di seta”, hanno scritto i ricercatori. “Le fibre di seta hanno una resistenza alla trazione massima di 740 MPa, mentre il collagene e l’acido polilattico hanno una resistenza alla trazione finale solo da 0,9 a 7,4 e da 28 a 50 MPa, rispettivamente.”
Il team ha scelto quattro specie di bozzoli di seta Thai Bombyx mori da cui estrarre la fibroina di seta: Nangnoi Srisaket-I (NN), Nanglai (NL), Luang Saraburi (LS) e J108. Tagliarono i bozzoli in piccoli pezzi, che furono poi sgrassati, sciacquati ed asciugati per 24 ore, prima di essere sciolti in un solvente.
La soluzione risultante è stata immersa in acqua DI per tre giorni, con l’acqua cambiata quotidianamente, quindi la soluzione di seta dializzata è stata filtrata e congelata. Infine, al fine di creare spugne, la soluzione congelata è stata liofilizzata (liofilizzata).
“Dopo l’estrazione, le fibroine di ciascuna specie di bozzolo di seta sono state caratterizzate e confrontate la proprietà fisica utilizzando Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive X-ray (EDS) e Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR)”, hanno scritto i ricercatori . “Quindi, il test biologico è stato eseguito sulla vitalità cellulare e sulla citotossicità con la linea cellulare di osteoblasti fetali umani.”
I ricercatori hanno studiato le “conformazioni della proteina fibroina in ogni ponteggio di seta rigenerato” usando la spettroscopia FTIR e ogni specie ha mostrato tipiche strutture a spirale casuale e strutture a fogli beta. I test SEM ed EDS hanno mostrato che ciascuna delle specie di fibroina della seta aveva pori interconnessi, con una dimensione media di 10-60 micron.
“Come mostrato nella Figura 4, la percentuale in peso di fibroina di seta è costituita esclusivamente da elementi di carbonio (C), azoto (N) e ossigeno (O) che simboleggiano i composti proteinacei originati da Silk Bombyx mori”, ha scritto il team.
Infine, è stato eseguito un saggio blu Alamar sulle quattro specie di soluzioni di fibroina di seta, al fine di osservare la vitalità cellulare e confermare che non erano tossici.
“Il confronto di ciascuna specie di seta con il controllo ha mostrato che la percentuale di vitalità cellulare di tutti gli scaffold non era significativamente il controllo (valore p> 0,05), come mostrato nella Figura 5”, hanno affermato i ricercatori.
I risultati di questo test hanno mostrato che tutti avevano non citotossicità, il che significa che possono essere tranquillamente utilizzati in corpi animali e umani.
“Nel futuro studio verranno utilizzate le migliori specie di seta dalle prestazioni biologiche per rafforzare le unghie ad incastro in PLA utilizzando il processo 3DP”, ha concluso il team. “Dal risultato, tutte le specie locali di bozzoli di seta presentano capacità di non citotossicità che possono essere utilizzate nel corpo umano o animale senza pericolo. Per lavori futuri, verranno testati filamenti bio-compositi per 3DP da PLA rinforzante con fibre di seta e saranno osservate le altre capacità come la capacità di proliferazione cellulare, le proprietà meccaniche e la morfologia della stampa. “
