Strutture multifasiche stampate in 3d recentemente pubblicati con idrogel stratificato caricato con cellule di gelatina di idrogel per ingegneria biomimetica dell’interfaccia tendine-osso

Shanghai Jiao Tong University School of Medicine: impalcature per la stampa 3D per ingegneria dell’interfaccia tendine-osso

I ricercatori della Shanghai Jiao Tong University School of Medicine della Cina stanno esplorando complessi sviluppi nell’ingegneria dei tessuti, rilasciando le loro scoperte negli scaffold multifasici stampati tridimensionali recentemente pubblicati con idrogel stratificato caricato con cellule di gelatina di idrogel per ingegneria biomimetica dell’interfaccia tendine-osso . ‘

Nel fabbricare un’interfaccia tendine-osso, gli autori approfondiscono un nuovo metodo per migliorare la biomeccanica della spalla. Considerando che le rotture della cuffia dei rotatori sono un problema così comune – di solito a causa di lesioni, ma anche a causa di disturbi degenerativi – è necessario migliorare le tecniche per ripristinare la funzionalità dei pazienti.

Attualmente, ci sono “sfide significative” nelle riparazioni chirurgiche; in effetti, i ricercatori citano dati secondo cui le lacrime si verificano nel 20-90 percento delle volte. Con un’interfaccia biomimetica, esiste il potenziale per superare le attuali sfide, sebbene i precedenti tentativi abbiano prodotto impalcature prive della corretta ottimizzazione, insieme alla produzione di patch che non si sono dimostrate idonee per la riparazione in casi più gravi.

In questo caso, i ponteggi stampati in 3D offrono il vantaggio di:

Strutture personalizzate
Prevenzione della delaminazione del ponteggio
Dimensioni dei pori controllabili per una migliore crescita cellulare
Uso di poli (ε-caprolattone) (PCL), con eccellente biocompatibilità e proprietà biomeccaniche

(A) Illustrazione del disegno dello studio. (B) Fotografie che mostrano la fabbricazione del costrutto C / G-MS. Gli FB / GelMA sono stati caricati sulla fase PCL (a) e reticolati sotto luce visibile 405-nm (b). Quindi, OB / GelMA sono stati caricati sulla fase PCL / TCP e reticolati (c e d). BMSC / GelMA è stato iniettato nei condotti intermedi (f) seguito da reticolazione. Viste laterali che mostrano i condotti prima (e) e dopo l’iniezione (g). 3D = tridimensionale; BMSC = cellule staminali mesenchimali derivate dal midollo osseo; C / G-MS = cellule / impalcatura multifasica GelMA; FB = fibroblasti; GelMA = gelatina metacrilato; OB = osteoblasti; PCL = poli (ε-caprolattone); TCP = fosfato tricalcico; TGFβ3 = trasformazione del fattore di crescita β3.

Per superare le precedenti sfide con la semina cellulare, gli autori hanno teorizzato di poter seminare con successo cellule di più tipi usando idrogel di gelatina metacrilato (GelMA) caricati su scaffold in uno schema stratificato. Le impalcature sono state sviluppate per rappresentare tendine, fibrocartilagine e ossa. La stampa 3D è stata eseguita su una stampante 3D-Bioplotter® Series Series .

(A) Immagini in tempo reale scattate utilizzando il software di stampa 3D durante il processo di stampa dal basso verso l’alto, che mostrano i modelli di posizionamento a onde ondulate rettangolari 0/90 ° (a e c) (b). (B) Morfologia e dimensioni dell’impalcatura stampata in 3D. (C) MicroCT (a sinistra) ha dimostrato la qualità di stampa e la struttura prestabilita. Micrografie SEM (a destra) che mostrano microstrutture superficiali della fase PCL / TCP (a1∼a3), condotti intermedi (b1∼b3) e fase PCL (c1∼c3). (D) Angoli di contatto ottenuti separatamente dalle fasi PCL e PCL / TCP utilizzando il metodo di caduta sessile. (E) Variazioni del peso molecolare medio ponderale (Mw) degli scaffold e del valore di pH del mezzo di incubazione. (F) Modulo di compressione dei ponteggi durante 28 giorni di degrado. I dati sono media ± DS. * p <0,05. 3D = tridimensionale; microCT = tomografia microcomputer; PCL = poli (ε-caprolattone); SD = deviazione standard; SEM = microscopia elettronica a scansione; TCP = fosfato tricalcico.

“È stato utilizzato un modello di posa 0/90 ° nelle fasi superiore (osso) e inferiore (tendine)”, hanno spiegato i ricercatori.

“Questo particolare modello di deposizione alla fine formerebbe quattro condotti con ampio spazio per contenere idrogel che imitano l’ECM e lascerebbe un’apertura di ciascun condotto per un facile riempimento degli idrogel.”

I topi sono stati usati per le culture primarie in questo studio, con sei maschi del peso di 8 g ciascuno. Sono stati sperimentati frammenti di ossa, tra cui l’esposizione della cavità del midollo osseo. Dopo aver raccolto le cellule, i ricercatori hanno immerso il midollo con “mezzi di crescita”. Questi media sono stati aggiunti ulteriormente per promuovere l’attaccamento e la crescita cellulare, cambiati ogni tre giorni e trattati con tripsina per il passaggio.

Più tardi nello studio, i ricercatori hanno tentato di costruire l’impianto C / G-MS eseguendo un intervento chirurgico su topi di 27, 5 settimane.

Test di citocompatibilità. (A) Immagini rappresentative della doppia colorazione di cellule vive / morte del costrutto C / G-MS nei giorni 1, 4 e 7. Barre di scala: 100 μm. (B) La colorazione con cellule vive / morte di entrambe le fasi PCL e PCL / TCP ha mostrato una buona vitalità cellulare al giorno 7. Barre di scala: 500 μm. (C) La vitalità cellulare delle fasi PCL e PCL / TCP è stata per lo più superiore al 90% in tutti i punti temporali. Nessuna differenza significativa è stata notata tra le due fasi. (D) Il test Cell Counting Kit-8 (CCK-8) ha mostrato un aumento della proliferazione cellulare sia nei costrutti C / G-MS sia nelle cellule / idrogel GelMA durante sette giorni di coltura. I dati sono media ± DS. C / G-MS = cellule / impalcatura multifasica GelMA; GelMA = gelatina metacrilato; PCL = poli (ε-caprolattone); SD = deviazione standard; TCP = fosfato tricalcico.

(A) Colorazione di actina cellulare nei costrutti C / G-MS il giorno 7. Rettangolo rosso in (a) che mostra la diffusione dei filamenti di actina in cellule raggruppate su fibre di ponteggio (b), mentre rettangolo giallo che mostra morfologie monostrato in GelMA (c) . Barre di scala: a, 200 μm; bec, 50 μm. (B) L’analisi di immunocitochimica (ICC) ha rivelato la condrogenesi nei costrutti C / G-MS in vitro. La fluorescenza verde che emette COL2 era rilevabile sul lato della fase intermedia (a), sia sulla superficie delle fibre dell’impalcatura (b) che negli idrogel GelMA (c). Barre di scala: 200 μm. C / G-MS = cellule / impalcatura multifasica GelMA; GelMA = gelatina metacrilato; PCL = poli (ε-caprolattone); TCP = fosfato tricalcico.

“Nel nostro lavoro, siamo riusciti a fabbricare un’interfaccia biomimetica tendine-osso basata su un’impalcatura multifasica stampata in 3D molto più sottile”, hanno concluso i ricercatori. “La tecnologia di produzione additiva non solo fornisce una produzione rapida tramite la stampa, ma assicura anche l’integrazione e l’interconnettività dei ponteggi multifasici. Il sistema di stampa 3D multihead utilizzato in questo studio ha consentito la stampa dal basso verso l’alto senza interruzioni dalla fase PCL biodegradabile che imita il tendine alla fase PCL / TCP osteoinduttiva che imita l’osso.

“I nostri risultati dimostrano che il modo stratificato di fabbricazione basato sul ponteggio multifasico stampato in 3D è una strategia efficace per l’ingegneria dell’interfaccia tendine-osso in termini di semina cellulare efficiente, potenziale condrogenico e deposizione distinta della matrice in fasi variabili”, ha concluso i ricercatori.

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