La ricercatrice della Rice University Maryam Elizondo tiene in mano un'impalcatura stampata in 3D incisa con scanalature per la deposizione di cellule vive per l'impianto. L'impalcatura facilita la crescita di nuovi tessuti mentre si degrada. Proteggendo le cellule nelle scanalature lungo le linee stampate, I ricercatori di Rice hanno progettato l'impalcatura per consentire diversi strati di tipo tissutale all'interno di un'impalcatura. Credito:Jeff Fitlow/Rice University
Chi ha mai detto che i bioingegneri non possono ottenere il loro ritmo? Il team della Rice University guidato da Antonios Mikos dice il contrario con il suo sviluppo di un metodo groovy per seminare sofisticato, Impalcature di ingegneria tissutale stampate in 3D con cellule viventi per aiutare a guarire le lesioni.
I ricercatori stanno letteralmente intagliando solchi nei fili di plastica usati per costruire le impalcature. I solchi vengono quindi seminati con cellule o altri agenti bioattivi che incoraggiano la crescita di nuovo tessuto.
La strategia protegge le cellule dal calore e dalle sollecitazioni di taglio che probabilmente le ucciderebbero in altri processi di fabbricazione dell'impalcatura. Fornisce anche un modo per stratificare le cellule che alla fine diventano diversi tipi di tessuto, come ossa e cartilagini, in una piattaforma meccanicamente stabile.
Il bello è che la stampante 3D taglia le scanalature in un materiale termoplastico, inserisce le cellule alla giusta temperatura e crea un impianto tridimensionale, basato su immagini mediche, in un unico processo.
La ricerca è oggetto di un paper in biostampa .
A differenza degli scaffold di idrogel a supporto cellulare in fase di sviluppo alla Rice e altrove, questo processo crea impianti duri che verrebbero inseriti chirurgicamente per guarire l'osso, cartilagine o muscolo, ha detto Miko. Come gli idrogel, gli impianti biocompatibili si degraderebbero nel tempo e lascerebbero solo tessuto naturale.
Un'immagine microCT mostra un filo scanalato che trattiene il bioinchiostro a bassa viscosità. Fanno parte di un'impalcatura stampata in 3D sviluppata presso la Rice University per facilitare la crescita di nuovi tessuti come ossa e cartilagine. Le impalcature si degradano nel tempo per lasciare in posizione strati di tessuti naturali. Credito:Laboratorio di biomateriali del riso
"La principale innovazione qui è la nostra capacità di caricare spazialmente un'impalcatura stampata in 3D con diverse popolazioni cellulari e con diverse molecole bioattive, " ha detto Miko.
Fino ad ora, Gli scaffold stampati in 3D sono stati generalmente seminati con distribuzioni uniformi di cellule, Egli ha detto. "Se volessimo popolazioni cellulari diverse in punti diversi dell'impalcatura, non potremmo farlo. Ora possiamo".
La ricercatrice della Rice University Maryam Elizondo tiene in mano un bioscaffold inciso stampato in 3D per cellule vive per un futuro impianto. L'impalcatura favorisce la crescita dei tessuti stratificati mentre si degrada. Credito:Jeff Fitlow/Rice University
"Le fibre sono cilindri che incidiamo con un ago per dargli un solco durante la stampa, " ha detto la ricercatrice della Rice Maryam Elizondo, co-autore principale del documento con l'alunno Luis Diaz-Gomez. Una volta che la scanalatura è impostata e raffreddata quanto basta, la stampante deposita quindi un inchiostro infuso di cella. "Lo facciamo per ogni fibra per ogni strato dell'impalcatura".
Elizondo ha confrontato le filettature scanalate, che sono larghe circa 800 micron, ai tacos che mantengono il contenuto all'interno senza fuoriuscire; qui, l'aggiunta di scanalature e reticolanti attivati dall'ultravioletto mantengono l'inchiostro cellulare all'interno. Ha detto che ci vuole circa mezz'ora per stampare completamente un impianto delle dimensioni di una miniatura.
Un'immagine microCT mostra un'impalcatura stampata in 3D con scanalature chiare destinate alla deposizione di cellule vive. Le linee scanalate trattengono l'inchiostro depositato durante il processo di stampa. I ponteggi possono essere realizzati in qualsiasi forma, basato su immagini mediche, per riempire il sito di una ferita. Credito:Laboratorio di biomateriali del riso
Mikos ha detto che l'impalcatura non è limitata alle cellule. "Possiamo anche caricare diversi fattori di crescita su diversi livelli, " ha detto. " Temperature molto alte le disattiverebbero, ma qui possiamo depositare microparticelle cariche di fattore di crescita all'interno delle scanalature mentre si raffreddano. Ciò conserverebbe la bioattività della molecola.
"Questo è un grande successo per il Center for Engineering Complex Tissues, " ha detto della collaborazione multiuniversitaria che ha contribuito a creare. "Questo era l'obiettivo quando abbiamo costruito il centro:sviluppare materiali avanzati con proprietà uniche che possono essere utilizzati per applicazioni di ingegneria dei tessuti che rispondono a esigenze cliniche non soddisfatte. E questo è un esempio perfetto".
