Gli ingegneri della Brown University hanno dimostrato una tecnica per realizzare biomateriali stampati in 3D che possono degradarsi su richiesta, che può essere utile nella realizzazione di dispositivi microfluidici con motivi complessi o nella realizzazione di colture cellulari che possono cambiare dinamicamente durante gli esperimenti.

"È un po' come i Lego, "ha detto Ian Wong, un assistente professore alla Brown's School of Engineering e coautore della ricerca. "Possiamo unire i polimeri insieme per costruire strutture 3D, e poi staccarli delicatamente di nuovo in condizioni biocompatibili."

La ricerca è pubblicata sulla rivista Laboratorio su un chip .

Il team di Brown ha realizzato le sue nuove strutture degradabili utilizzando un tipo di stampa 3D chiamata stereolitografia. La tecnica utilizza un laser ultravioletto controllato da un sistema di progettazione assistito da computer per tracciare modelli sulla superficie di una soluzione polimerica fotoattiva. La luce fa sì che i polimeri si leghino tra loro, formando strutture 3D solide dalla soluzione. Il processo di tracciamento viene ripetuto fino a quando non viene costruito un intero oggetto dal basso verso l'alto.

La stampa stereolitografica di solito utilizza polimeri fotoattivi che si legano tra loro con legami covalenti, che sono forti ma irreversibili. Per questo nuovo studio, Wong e i suoi colleghi volevano provare a creare strutture con legami ionici potenzialmente reversibili, che non era mai stato fatto prima utilizzando la stampa 3D basata sulla luce. Per farlo, i ricercatori hanno realizzato soluzioni precursori con alginato di sodio, un composto derivato da alghe che è noto per essere in grado di reticolazione ionica.

"L'idea è che gli attacchi tra i polimeri dovrebbero separarsi quando gli ioni vengono rimossi, cosa che possiamo fare aggiungendo un agente chelante che cattura tutti gli ioni, " Ha detto Wong. "In questo modo possiamo modellare strutture transitorie che si dissolvono quando lo vogliamo".

I ricercatori hanno dimostrato che l'alginato potrebbe effettivamente essere utilizzato nella stereolitografia. E utilizzando diverse combinazioni di sali ionici:magnesio, bario e calcio:potrebbero creare strutture con rigidità variabile, che potrebbe quindi essere dissolto a velocità variabili.

La ricerca ha anche mostrato diversi modi in cui tali strutture temporanee di alginato potrebbero essere utili.

"È uno strumento utile per la fabbricazione, " ha detto Thomas M. Valentin, un dottorato di ricerca studente nel laboratorio di Wong alla Brown e autore principale dello studio. I ricercatori hanno dimostrato di poter utilizzare l'alginato come modello per realizzare dispositivi lab-on-a-chip con complessi canali microfluidici.

"Possiamo stampare la forma del canale usando l'alginato, quindi stampare una struttura permanente attorno ad esso utilizzando un secondo biomateriale, " Valentin ha detto. "Quindi abbiamo semplicemente dissolvere via l'alginato e abbiamo un canale cavo. Non dobbiamo fare alcun taglio o montaggio complesso."

I ricercatori hanno anche dimostrato che le strutture di alginato degradabile sono utili per creare ambienti dinamici per esperimenti con cellule vive. Hanno eseguito una serie di esperimenti con barriere di alginato circondate da cellule mammarie umane, osservando come le cellule migrano quando la barriera si dissolve. Questi tipi di esperimenti possono essere utili per studiare i processi di guarigione delle ferite o la migrazione delle cellule nel cancro.

Gli esperimenti hanno mostrato che né la barriera di alginato né l'agente chelante utilizzato per dissolverlo avevano una tossicità apprezzabile per le cellule. Ciò suggerisce che le barriere di alginato degradabile sono un'opzione promettente per tali esperimenti.

La biocompatibilità dell'alginato è promettente per ulteriori applicazioni future, anche nella realizzazione di impalcature per tessuti e organi artificiali, dicono i ricercatori.

"Possiamo iniziare a pensare di usarlo nei tessuti artificiali dove potresti volere canali che lo attraversano che imitano i vasi sanguigni, " Ha detto Wong. "Potremmo potenzialmente modellare quel sistema vascolare usando l'alginato e poi dissolverlo come abbiamo fatto per i canali microfluidici".

I ricercatori hanno in programma di continuare a sperimentare con le loro strutture di alginato, cercando modi per mettere a punto le loro proprietà di resistenza e rigidità, così come il ritmo del degrado.