I ricercatori hanno interrotto e potenziato la bioprinting con le tecniche del bagno sospeso
Ricercatori statunitensi e britannici hanno lavorato insieme su tecniche di bioprinting complesse e uniche, delineando le loro scoperte nel recente pubblicato ” Stampa 3D nei bagni sospesi: mantenere le promesse della bioprinting a galla “. Concentrandosi sull’uso della sospensione nella stampa 3D basata sull’estrusione, i ricercatori hanno sviluppato una strategia per creare parti “ricche d’acqua” e autoportanti; tuttavia, uno dei loro obiettivi principali è quello di interrompere l’attuale status quo del bioprinting.
Mentre la bioprinting continua a progredire a un ritmo impressionante con molti risultati incredibili, i ricercatori sottolineano che ci sono ancora domande in merito alla capacità di fabbricare tessuti veramente funzionali, portando all’apice del successo negli organi di stampa 3D per trapianti praticabili. Poiché la stampa 3D mette a dura prova le cellule durante i processi di produzione, la tecnologia è vista come “un candidato interessante” per portare l’ingegneria dei tessuti e degli organi al livello successivo. Qui, tuttavia, gli autori sospettano che sia necessario un maggiore cambiamento nel bioprinting per raggiungere l’obiettivo della stampa 3D di organi interamente funzionali.
Oggi i ricercatori di tutto il mondo tendono a essere coinvolti nella stampa 3D che comporta l’estrusione di filamenti, creando parti e prototipi autoportanti (i dispositivi medici sono un buon esempio), mentre altri, tuttavia, sono fortemente coinvolti nella fabbricazione legata alla biomimetica , concentrandosi sull’ingegneria dei tessuti, di solito con l’uso di bioink:
“Tali strutture sono più permissive alla maturazione dei tessuti rispetto alla stampa dei costrutti ricchi di polimeri precedentemente menzionati. Tuttavia, i bioink sono meno adatti per l’uso come materiali di fabbricazione, a causa delle loro innate proprietà meccaniche deboli, e quindi sono generalmente evitati per strutture di stampa di dimensioni superiori a diversi millimetri o che richiedono un’elevata fedeltà strutturale “, spiegano i ricercatori.
Poiché la stampa 3D nei supporti di sospensione è diventata più praticabile come piattaforma, anche l’idea di usarla come una combinazione dei due viali, utilizzando la stampa 3D basata sull’estrusione che deposita i materiali in un bagno. Poiché gli oggetti sono sospesi nella sicurezza del liquido, le possibilità di collasso sono minori. Le microstrutture inoltre recuperano rapidamente la loro forma, tornando allo stato solido. È possibile la stampa 3D di materiali morbidi, compresi quelli con un elevato contenuto di acqua, il che significa che molti più materiali diventano disponibili per l’uso.
I potenziali vantaggi della stampa 3D con supporti in sospensione includono:
Prevenzione del collasso delle strutture
Estrusione continua migliorata
Rapida deposizione di materiale
Eliminazione di materiali e cellule disidratati
Disponibilità di stampa omnidirezionale
Stampa in posizioni arbitrarie
I supporti di sospensione possono essere conservati anche dopo il processo di stampa:
“L’inclusione di cellule in un mezzo di sospensione evoca l’idea del mezzo che funge da piattaforma per posizionare le cellule nello spazio 3D, oltre a fornire una matrice di massa che soddisfa alcune delle funzioni di un ECM nativo. Il notevole vantaggio che i mezzi di sospensione vengono sfruttati in questo modo è legato all’opportunità di fabbricare strutture di tessuto 3D più grandi in un tempo più breve, aumentando la produttività del bioprinting 3D. “
Il bioprinting potrebbe ricevere un vero impulso anche dal momento che i mezzi di sospensione possono fungere da sistema di supporto per bioinchiostri a bassa viscosità, aiutando a raggiungere una maggiore vitalità e sostenibilità delle cellule, nonché fabbricando forme che non necessitano di “materiale di ponteggio persistente”.
“Prevediamo lo sfruttamento dei mezzi di sospensione per raddoppiare come matrice di massa fornendo una tecnologia abilitante per l’ingegnerizzazione di tessuti funzionali di grandi dimensioni. Inoltre, riteniamo che ci sia il potenziale per incorporare organoidi e stampare i canali vascolari circostanti all’interno del mezzo di sospensione “, hanno concluso i ricercatori. “Il lavoro svolto dal gruppo di ricerca Lutolf in Svizzera ha dimostrato che stadi separati nella formazione di organoidi richiedono ambienti meccanici diversi. L’opportunità di alterare le proprietà meccaniche del mezzo di sospensione nel tempo, ad esempio mediante l’aggiunta di sostanze chimiche reticolanti o la diluizione di un mezzo di microparticelle, può essere permissiva per imitare il carattere dinamico del microambiente organoide.
“Analogamente all’aumento della ricerca nel campo della biofabbricazione nell’ambito dell’introduzione delle varie piattaforme di stampa 3D, riteniamo che i supporti di sospensione possano fornire la piattaforma tecnologica richiesta che supporterà il livello successivo della ricerca sulla bioprinting 3D”.
Mezzi di sospensione usati come aiuti tecnologici per la bioprinting 3D di un cuore umano. (A – C) Esempio di cuore umano bioprintato, miniaturizzato e carico di cellule 3D [35]. La figura è riprodotta dai riferimenti indicati, concessa in licenza sotto Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0). (D) Cuore stampato in 3D estratto dal mezzo, quindi perfuso con coloranti rossi e blu per dimostrare le camere vuote all’interno del costrutto [35]. Barra della scala, 1 mm. Il dato è riprodotto dai riferimenti indicati, concesso in licenza in base a CC BY 4.0. (E e F) Microparticelle di gelatina che comprendono rispettivamente i mezzi di sospensione FRESH v1.0 e v2.0. Da [11]. Ristampato, con il permesso, dall’American Association for the Advancement of Science (AAAS). (G e H) Valvola cardiaca stampata con collagene, stampata in un mezzo FRESH v2.0. Da [11]. Ristampato, con il permesso, da AAAS. Tendenze in biotecnologia Tendenze in biotecnologia, mese 2019, vol. xx, n. xx7 
Supporti di sospensione utilizzati come strategia per favorire una migliore biomimetica nel campo della bioprinting 3D. (A) Panoramica dei percorsi di stampa 3D che possono essere seguiti quando si stampa su un supporto di sospensione. (Inizio) Il percorso è definito dalla rimozione del supporto dopo la stampa. Il mezzo di sospensione fornisce stabilità meccanica all’inchiostro stampato durante la reticolazione dell’inchiostro (ad es. Esponendo l’inchiostro incorporato alla luce ultravioletta). Il supporto viene successivamente rimosso per estrarre il costrutto stampato. (In basso) Il percorso è definito dalla conservazione del supporto dopo la stampa. Dopo la deposizione di un inchiostro sacrificale, il mezzo viene reticolato per formare un singolo costrutto. In questo stato reticolato, il mezzo ha perso la capacità di fluire. L’inchiostro sacrificale può quindi essere estratto, ad esempio con un ago per siringa, lasciando dietro di sé canali vuoti incorporati nel costrutto. (B1) Scrittura di inchiostro sacrificale all’interno di un mezzo di sospensione del corpo embrioide [27]. Riprodotto dall’originale, concesso in licenza in base a Creative Commons Attribution 4.0 International (CCBY 4.0). (B2) Fila 1: Singolo blocco di costruzione di organi. Barra della scala, 50μm. Riga 2: Sezione del canale stampata in un mezzo di sospensione del corpo embrioide a seguito della rimozione dell’inchiostro sacrificale stampato. Barra di scala, 500μm [27]. Riprodotto dall’originale, concesso in licenza in base a CC BY 4.0. (C1 e C2) Esempio di una rete tubolare fortemente ramificata stampata in un mezzo di sospensione Carbopol in cui (C2) è la struttura liberata dal supporto [2]. Riprodotto dall’originale, concesso in licenza in base a CC BY-NC 4.0. Tendenze in biotecnologia6 Tendenze in biotecnologia, mese 2019, vol. xx, n. xx (B1) Scrittura di inchiostro sacrificale all’interno di un mezzo di sospensione del corpo embrioide [27]. Riprodotto dall’originale, concesso in licenza in base a Creative Commons Attribution 4.0 International (CCBY 4.0). (B2) Fila 1: Singolo blocco di costruzione di organi. Barra della scala, 50μm. Riga 2: Sezione del canale stampata in un mezzo di sospensione del corpo embrioide a seguito della rimozione dell’inchiostro sacrificale stampato. Barra di scala, 500μm [27]. Riprodotto dall’originale, concesso in licenza in base a CC BY 4.0. (C1 e C2) Esempio di una rete tubolare fortemente ramificata stampata in un mezzo di sospensione Carbopol in cui (C2) è la struttura liberata dal supporto [2]. Riprodotto dall’originale, concesso in licenza in base a CC BY-NC 4.0. Tendenze in biotecnologia6 Tendenze in biotecnologia, mese 2019, vol. xx, n. xx (B1) Scrittura di inchiostro sacrificale all’interno di un mezzo di sospensione del corpo embrioide [27]. Riprodotto dall’originale, concesso in licenza in base a Creative Commons Attribution 4.0 International (CCBY 4.0). (B2) Fila 1: Singolo blocco di costruzione di organi. Barra della scala, 50μm. Riga 2: Sezione del canale stampata in un mezzo di sospensione del corpo embrioide a seguito della rimozione dell’inchiostro sacrificale stampato. Barra di scala, 500μm [27]. Riprodotto dall’originale, concesso in licenza in base a CC BY 4.0. (C1 e C2) Esempio di una rete tubolare fortemente ramificata stampata in un mezzo di sospensione Carbopol in cui (C2) è la struttura liberata dal supporto [2]. Riprodotto dall’originale, concesso in licenza in base a CC BY-NC 4.0. Tendenze in biotecnologia6 Tendenze in biotecnologia, mese 2019, vol. xx, n. xx 0 Internazionale (CCBY 4.0). (B2) Fila 1: Singolo blocco di costruzione di organi. Barra della scala, 50μm. Riga 2: Sezione del canale stampata in un mezzo di sospensione del corpo embrioide a seguito della rimozione dell’inchiostro sacrificale stampato. Barra di scala, 500μm [27]. Riprodotto dall’originale, concesso in licenza in base a CC BY 4.0. (C1 e C2) Esempio di una rete tubolare fortemente ramificata stampata in un mezzo di sospensione Carbopol in cui (C2) è la struttura liberata dal supporto [2]. Riprodotto dall’originale, concesso in licenza in base a CC BY-NC 4.0. Tendenze in biotecnologia6 Tendenze in biotecnologia, mese 2019, vol. xx, n. xx 0 Internazionale (CCBY 4.0). (B2) Fila 1: Singolo blocco di costruzione di organi. Barra della scala, 50μm. Riga 2: Sezione del canale stampata in un mezzo di sospensione del corpo embrioide a seguito della rimozione dell’inchiostro sacrificale stampato. Barra di scala, 500μm [27]. Riprodotto dall’originale, concesso in licenza in base a CC BY 4.0. (C1 e C2) Esempio di una rete tubolare fortemente ramificata stampata in un mezzo di sospensione Carbopol in cui (C2) è la struttura liberata dal supporto [2]. Riprodotto dall’originale, concesso in licenza in base a CC BY-NC 4.0. Tendenze in biotecnologia6 Tendenze in biotecnologia, mese 2019, vol. xx, n. xx concesso in licenza in base a CC BY 4.0. (C1 e C2) Esempio di una rete tubolare fortemente ramificata stampata in un mezzo di sospensione Carbopol in cui (C2) è la struttura liberata dal supporto [2]. Riprodotto dall’originale, concesso in licenza in base a CC BY-NC 4.0. Tendenze in biotecnologia6 Tendenze in biotecnologia, mese 2019, vol. xx, n. xx concesso in licenza in base a CC BY 4.0. (C1 e C2) Esempio di una rete tubolare fortemente ramificata stampata in un mezzo di sospensione Carbopol in cui (C2) è la struttura liberata dal supporto [2]. Riprodotto dall’originale, concesso in licenza in base a CC BY-NC 4.0. Tendenze in biotecnologia6 Tendenze in biotecnologia, mese 2019, vol. xx, n. xx 
Avanzamento della stampa 3D omnidirezionale: dai fluidi per stress di resa ai supporti di sospensione. (A) La stampa omnidirezionale in un fluido per stress non autorigenerante. (In alto) Schema per la rete vascolare stampata in 3D usando un inchiostro rimovibile. (In basso) Un’immagine a fluorescenza di una rete microvascolare 3D fabbricata tramite stampa omnidirezionale di un inchiostro fuggitivo (tinto di rosso) all’interno di una matrice fotopolimerizzabile F-127-diacrilato Pluronic. Barra della scala, 10 mm. Riprodotto da [13]. (B – F) Stampa omnidirezionale nei supporti di sospensione. (B) Bambole russe in miniatura stampate in un mezzo di sospensione granulare [2]. Riprodotto dal riferimento indicato, concesso in licenza in serie Creative Commons 4.0 (CC 4.0). (C) Filamento stampato di un inchiostro marcato con fluoresceina (in verde) circondato da una struttura a spirale continua (in rosso), stampato con un inchiostro marcato con rodamina [5]. Barra della scala, 200μm. (D) Nodo continuo scritto con microsfere fluorescenti in un mezzo di sospensione granulare. Riprodotto da [2]. (E e F) Modello del cervello umano stampato in 3D in un supporto di sospensione in alginato. Barra della scala, 1 cm. [3]. Riprodotto dall’originale, concesso in licenza in base a Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0). Tendenze in biotecnologia Tendenze in biotecnologia, mese 2019, vol. xx, n. xx5 
Rappresentazione schematica del bioprinting 3D in una strategia di supporto di sospensione. (A) Scrittura di materiale bioink in un mezzo di sospensione autorigenerante [2,6]. L’ugello mobile dell’estrusore fluidifica il mezzo per consentire la deposizione di materiale stampato. Il mezzo quindi si solidifica rapidamente attorno al filamento stampato, fornendo supporto strutturale. La resa del mezzo si verifica in corrispondenza di un punto di iniezione localizzato, con un disturbo minimo alla massa del mezzo. Riprodotto dai riferimenti indicati, concesso in licenza in serie Creative Commons 4.0 (CC 4.0). (B) Progettazione assistita da calcolatore di albero arterioso complesso e non autoportante [3]. Adattato dall’originale, concesso in licenza in base a Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0). (C) Esempio di un albero arterioso stampato che è stato stampato in un mezzo di sospensione di sospensione di gelatina [3].