I ricercatori dell'ETH hanno prodotto un gel da fibre di cellulosa e nanoparticelle biodegradabili che si liquefa quando viene premuto attraverso l'ugello di una stampante 3D, ma poi ritorna rapidamente alla sua forma originale. La loro invenzione apre la strada a impianti di biomateriali personalizzati.

Allo stesso modo in cui la medicina ha visto una tendenza verso la medicina di precisione, dove il trattamento è adattato al corredo genetico del paziente, negli ultimi anni, gli scienziati dei materiali stanno rivolgendo sempre più la loro attenzione ai biomateriali di precisione. Per come stanno le cose, però, gli impianti personalizzati sono ancora lontani. "Ma al momento, stiamo facendo grandi progressi verso questo obiettivo e stiamo imparando molto nel processo, "dice Mark Tibbitt, Professore di Ingegneria Macromolecolare presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e di Processo dell'ETH di Zurigo.

Il problema del dentifricio

In precedenza, i ricercatori che lavorano nel campo dei biomateriali di precisione sono stati frenati dal fatto che hanno dovuto sviluppare nuovi inchiostri [A1] per la stampante 3D per ogni applicazione. "Se qualcuno volesse replicare parte di un occhio, ad esempio, non hanno potuto attingere al lavoro di chi progetta protesi auricolari, "Tibbitt spiega. Ma ora, lui e il suo team hanno inventato un inchiostro vettore universale che "semplifica drasticamente" lo sviluppo di nuove applicazioni, come scrivono i ricercatori nel loro articolo.

Essenzialmente, La stampa 3D richiede una soluzione a un enigma chiamato casualmente "il problema del dentifricio":da un lato, il dentifricio non deve essere troppo viscoso in quanto ciò renderebbe difficile spremere attraverso l'apertura stretta del tubo; dall'altra, non può essere troppo fluido perché poi gocciolerebbe immediatamente dallo spazzolino. Allo stesso modo, nella stampa 3D, l'inchiostro di supporto deve poter liquefare per fluire attraverso l'ugello di stampa, e quindi solidificare in modo che la struttura stampata non perda immediatamente la sua forma.

Rete transitoria

È qui che l'inchiostro per supporti universali sviluppato dal team di Tibbitt può essere d'aiuto. È costituito da fibre di cellulosa disciolte in acqua combinate con nanoparticelle polimeriche biodegradabili. Quando non viene esercitata alcuna pressione esterna, le fibre si attaccano alle particelle. Ciò crea una rete transitoria che può essere interrotta se soggetta alle elevate forze di taglio nell'ugello della stampante, ma che si riforma rapidamente dopo essere passata attraverso l'apertura stretta.

In ulteriori esperimenti, Tibbitt e il suo team di ricercatori hanno aggiunto diversi polimeri (come acido ialuronico, gelatina, collagene, o fibrinogeno) al loro nuovo inchiostro vettore. Questi polimeri secondari non hanno modificato il comportamento del flusso dell'inchiostro attraverso la testa dell'ugello della stampante, ma ha permesso ai ricercatori di consolidare la rete transitoria per formare la struttura stampata in un secondo, passo successivo.

Nuovi sistemi di somministrazione dei farmaci

Il team di Tibbitt ha anche testato il comportamento delle cellule viventi nell'inchiostro vettore e ha scoperto che lo stesso numero di cellule sopravvive nell'inchiostro come all'esterno. Basandosi sul fatto che le sostanze idrofobe possono essere introdotte nelle nanoparticelle e le sostanze idrofile possono essere aggiunte alla fase acquosa con le fibre di cellulosa, i ricercatori hanno dimostrato che il loro inchiostro è adatto anche per lo sviluppo di nuovi sistemi di somministrazione di farmaci. Grazie alla sua idoneità all'uso in un'ampia gamma di applicazioni, definire "universale" il loro supporto di inchiostro per la stampa 3D non è certo un'esagerazione.