Stampa 3D: impalcature di successo nella rigenerazione ossea
In ” Revisione completa sulla rigenerazione ossea completa attraverso gli approcci di stampa 3D” , gli autori esaminano i nuovi sviluppi e soluzioni nell’ingegneria dei tessuti per la formazione delle cellule, oltre a proporre una geometria di supporto temporaneo ottimizzata per il trattamento.
La rigenerazione ossea continua a sfidare i ricercatori nel loro lavoro e i professionisti medici che tentano di migliorare il trattamento dei pazienti:
“Molti gruppi di ricerca hanno lavorato sulla rigenerazione ossea per oltre 10 anni, ma ciò non ha portato a una terapia efficace in ambito clinico. Se avesse successo, migliorerebbe la qualità della vita di milioni di persone e ridurrebbe significativamente l’assenza al lavoro a causa di fratture che sono considerate la seconda causa più alta di perdita della giornata lavorativa ”, affermano gli autori.
“Quando ci sono fratture con un difetto osseo superiore a una dimensione critica, l’osso non è in grado di autorigenerarsi e, pertanto, richiede l’uso di un impianto temporaneo (naturale e / o sintetico) che funga da supporto e cellule per aiutare l’osso rigenerazione. In questo modo è emersa l’ingegneria dei tessuti (TE). “
Mentre le impalcature vengono utilizzate nell’ingegneria dei tessuti per il trasporto di nutrienti e la secrezione di rifiuti, le cellule devono essere in grado di imitare la vera biologia, morfologia e funzionalità dei tessuti.
Esplorando l’utilità degli impianti temporanei, gli autori affermano che nell’ingegneria dei tessuti per i pazienti, è fondamentale esaminare il tessuto osseo nativo e le proprietà meccaniche.
Gli impianti stampati in 3D devono essere in grado di sostenere la vitalità cellulare in un ambiente sicuro e gli scaffold devono possedere un’elasticità adeguata per abbinare l’osso normale. Nella maggior parte dell’ingegneria tissutale si desidera un’elevata porosità, insieme all’uso di materiali non solo biocompatibili ma anche biologicamente attivi. Durante le prove, i modelli animali di fratture vengono spesso utilizzati in vivo prima di tentare procedure sull’uomo.
“Sono necessari studi sugli animali per comprendere la rigenerazione ossea. Variabili come la quantità di formazione ossea e la sua cinetica, proprietà meccaniche e sicurezza ottenute dal patibolo, compresa la presenza di degradazione tossica in diversi organi e in termini di risposta infiammatoria, devono essere comprese in dettaglio “, hanno spiegato i ricercatori.
“Tuttavia, le fratture ossee eseguite negli animali non rappresentano la complessità della guarigione delle fratture umane. Il potenziale di ogni diverso tipo di cellule sia in vitro che in vivo svolge qui un ruolo chiave. “
Ancora più interessante, gli autori sottolineano che i fattori di crescita non sono necessari, con le cellule che mostrano il potenziale per secernere componenti della matrice extracellulare (ECM) ottimali.
“Gli studi in vitro sono vantaggiosi perché offrono un ambiente controllato per testare ipotesi molecolari e cellulari”, hanno affermato i ricercatori. “Tuttavia, le cellule in coltura in vitro non sono repliche delle loro controparti in vivo.”
Mentre l’ingegneria dei tessuti può essere un processo delicato in termini generali di lavoro per mantenere in vita le cellule, la generazione di ossa è particolarmente impegnativa e bisogna fare affidamento sugli scaffold per mantenere lo stesso ruolo dei tessuti. I biomateriali devono essere in grado di imitare l’ambiente naturale, oltre a possedere identiche proprietà meccaniche dell’osso iniziale. Livelli appropriati di degradazione sono fondamentali per la rigenerazione ossea e dipendono anche dalla resistenza alla corrosione e dai materiali.
Materiali idonei includono poli (ε-caprolattone) (PCL) o acido polilattico (PLA), entrambi approvati dalla FDA e che offrono stabilità, biocompatibilità e biodegradabilità. Le impalcature devono essere osteoinduttive per sostenere le cellule oltre ad essere osteoconduttive, fornendo crescita. Devono anche servire a:
Riempi il difetto osseo
Garantire la connettività dei pori
Incoraggiare la formazione ossea
Promuovere la crescita ossea
Progettate in SolidWorks , le strutture presentavano “vantaggi superiori” rispetto a ciò che poteva essere prodotto in modo convenzionale.
“Considerando tutti i tipi di materiali disponibili, associati alla desiderata rigenerazione ossea e all’uso di polimeri sintetici, come PCL o PLA, combinati con collagene di tipo I per la regione trabecolare e Hap per regione corticale, sembra essere la migliore strategia da seguire, “Ha concluso i ricercatori.
“Tra i bioreattori più comunemente usati per la rigenerazione ossea, i bioreattori a perfusione appaiono come i più adatti, perché migliorano la proliferazione e la differenziazione osteogeniche grazie al miglioramento del trasferimento di massa e all’adeguato stress da taglio. Quando si presenta una proposta progettuale per la rigenerazione ossea, è necessario studiare gli effetti meccanici, come stress e tensione, e collegarli. “
L’ingegneria dei tessuti continua ad essere un’enorme area di studio, dalla semina di fibroblasti cutanei umani , alla promozione di microambienti di idrogel , alle strutture di bioprinting per applicazioni di ingegneria dei tessuti molli .
