Con l’aiuto di uno stampo in alluminio, è stata utilizzata una stampante 3D FFF per fabbricare un costrutto corneale in PVA-chitosano con le proprietà di flessione della luce della cosa reale.
Gli studi preliminari di biostabilità hanno rivelato che le strutture composite erano compatibili con le cellule staminali umane, incoraggiandole a differenziarsi in cellule stromali. I risultati dello studio indicano un grande potenziale per la fabbricazione rapida e personalizzata di costrutti di cornea per applicazioni cliniche.
La cornea è lo strato protettivo esterno dell’occhio. È una struttura ovale chiara che si trova di fronte all’iride, piegando dinamicamente la luce per focalizzarla sulla retina. Di conseguenza, la nostra visione è chiara (almeno dovrebbe essere) indipendentemente dalla distanza dell’oggetto che stiamo guardando. In caso di trauma corneale o infezione, tuttavia, può verificarsi la cecità corneale, per cui la cornea stessa diventa dannosa per la vista del malato.
A livello globale, ci sono oltre 10 milioni di individui affetti dalla condizione e il corpo umano non è in grado di riparare da solo le cellule endoteliali corneali. Pertanto, l’unico vero trattamento è un trapianto di cornea completo per sostituirlo con uno sano. Ciò comporta il rischio di infezione, rigetto immunologico e, naturalmente, l’ipotesi che sia disponibile un donatore sano.
Stampa 3D in soccorso
Con l’obiettivo di trovare un’alternativa sostenibile alle donazioni di cornea, il team ha prima combinato chitosano e PVA per formare un materiale composito biocompatibile, elastico, permeabile all’ossigeno per le cornee. I ricercatori hanno quindi elaborato uno stampo in alluminio in SolidWorks e lo hanno lavorato prima di qualsiasi stampa 3D. Lo stampo è stato utilizzato per perfezionare la forma della cornea poiché la stampa 3D con la sola tecnologia FFF non avrebbe dato loro la precisione dimensionale di cui avevano bisogno. Quindi, con diverse proporzioni di chitosano nella miscela, sono stati fabbricati un set di costrutti di cornea campione.
Il processo di stampa della cornea. Immagine via Marmara University.
Il processo di stampa della cornea. Immagine via Marmara University.
I costrutti spessi 0,4 mm sono stati sottoposti a microscopia elettronica a scansione e spettrofotometria UV per determinare le loro proprietà ottiche, con ulteriori test di biocompatibilità con cellule staminali umane che hanno determinato la fattibilità clinica. I risultati hanno mostrato che le cornee in PVA avevano le dimensioni e la forma corrette per una rifrazione della luce precisa e che i valori di trasmittanza della luce diminuivano con il contenuto di chitosano aggiuntivo. Anche la resistenza alla trazione diminuiva con il contenuto di chitosano, ma i costrutti potevano supportare comodamente la pressione intraoculare tipica.
Il vero potenziale dello studio proviene dal test di biocompatibilità, tuttavia, poiché le strutture stampate erano compatibili con le cellule staminali anche dopo 30 giorni di degrado. Con l’appropriato nutrimento, le cellule staminali potrebbero differenziarsi in uno strato di stroma utilizzabile, supportando il naturale processo di guarigione del corpo post-trapianto. Il team ha concluso che il loro lavoro, con ulteriori sviluppi, potrebbe portare a un metodo più sicuro e sostenibile di trattamento della cecità corneale.
Ulteriori dettagli dello studio possono essere trovati nel documento intitolato ” Cornea artificiale stampata in 3D per il trapianto di cornea stromale “. È co-autore di Songul Ulag, Elif Ilhan, Ali Sahin, Betul Karademir Yilmaz, Deepak M. Kalaskar, Nazmi Ekren, Osman Kilic, Faik Nuzhet Oktar e Oguzhan Gunduz.
La stampa 3D di dispositivi e impianti medici è salita alle stelle negli ultimi anni, sebbene FFF sia raramente la tecnologia utilizzata. La società chimica Evonik sta cercando di cambiarlo poiché ha recentemente lanciato il suo nuovo filamento PEEK per impianti 3DE Vestakeep i4 nel suo portafoglio di materiali per la stampa 3D. Il nuovo filamento soddisfa gli standard ASTM F2026 e verrà utilizzato per produrre impianti chirurgici.
Altrove, a Pechino, i ricercatori hanno stampato in 3D un impianto personalizzato di tessuto cervicale per contrastare il papillomavirus umano (HPV). Il team ha caricato la struttura porosa dell’impianto in poliuretano a forma di cono con una proteina anti-HPV ed è stato in grado di controllare il rilascio della proteina per inibire la crescita del virus.
