La biostampa 3D può creare scaffold ingegnerizzati che imitano i tessuti naturali. Il controllo dell'organizzazione cellulare all'interno di quegli scaffold progettati per applicazioni rigenerative è un processo complesso e impegnativo.

I tessuti cellulari tendono ad essere altamente ordinati in termini di distribuzione spaziale e allineamento, quindi gli scaffold cellulari bioingegnerizzati per applicazioni di ingegneria tissutale devono assomigliare molto a questo orientamento per poter funzionare come un tessuto naturale.

In Recensioni di fisica applicata , da AIP Publishing, un team di ricerca internazionale descrive il suo approccio per dirigere l'orientamento cellulare all'interno delle fibre di idrogel depositate tramite un metodo chiamato bioprinting multicompartimentale.

Il team utilizza la miscelazione statica per fabbricare fibre di idrogel striate formate da microfilamenti impaccati di diversi idrogel. In questa struttura, alcuni compartimenti forniscono un ambiente favorevole per la proliferazione cellulare, mentre altri agiscono come segnali morfologici che dirigono l'allineamento cellulare. La fibra stampata su scala millimetrica con la topologia a microscala può organizzare rapidamente le cellule verso una maturazione più rapida del tessuto ingegnerizzato.

"Questa strategia funziona su due principi, " ha detto Ali Tamayol, coautore e professore associato in ingegneria biologica presso UConn Health. "La formazione delle topografie si basa sulla progettazione del fluido all'interno degli ugelli e sulla miscelazione controllata di due precursori separati. Dopo la reticolazione, le interfacce dei due materiali fungono da superfici 3D per fornire indicazioni topografiche alle cellule incapsulate all'interno del compartimento permissivo cellulare".

Il bioprinting basato sull'estrusione è il metodo di bioprinting più utilizzato. Nella biostampa basata sull'estrusione, le fibre stampate sono tipicamente di diverse centinaia di micrometri con celle orientate in modo casuale, quindi una tecnica che fornisca indicazioni topografiche alle cellule all'interno di queste fibre per dirigere la loro organizzazione è altamente desiderabile.

La biostampa per estrusione convenzionale soffre anche di un elevato stress di taglio applicato alle cellule durante l'estrusione di filamenti fini. Ma le caratteristiche di scala fine della tecnica proposta sono passive e non compromettono altri parametri del processo di stampa.

Per dirigere l'organizzazione cellulare, secondo la squadra, gli scaffold biostampati in 3D basati su estrusione dovrebbero essere realizzati con filamenti molto fini.

"Rende il processo impegnativo e ne limita la biocompatibilità e il numero di materiali che possono essere utilizzati, ma con questa strategia filamenti più grandi possono ancora dirigere l'organizzazione cellulare, " disse Tamayol.

Questa tecnica di bioprinting "consente la produzione di caratteristiche morfologiche delle strutture tissutali, con una risoluzione fino a dimensioni paragonabili alla dimensione delle cellule, per controllare il comportamento cellulare e formare strutture biomimetiche, " Ha detto Tamayol. "E mostra un grande potenziale per l'ingegneria dei tessuti fibrillari come i muscoli scheletrici, tendini, e legamenti".