Un Santo Graal per la ricerca ortopedica è un metodo non solo per creare tessuto osseo artificiale che corrisponda esattamente a quello reale, ma lo fa in un dettaglio così microscopico da includere minuscole strutture potenzialmente importanti per la differenziazione delle cellule staminali, che è la chiave per la rigenerazione ossea.

I ricercatori della NYU Tandon School of Engineering e del New York Stem Cell Foundation Research Institute (NYSF) hanno compiuto un passo importante creando la replica esatta di un osso utilizzando un sistema che accoppia l'imaging biotermico con un "nano-scalpello" riscaldato. In uno studio, "Litografia efficiente in termini di costi e tempo di repliche di tessuto osseo riutilizzabili di dimensioni millimetriche con dimensioni delle caratteristiche inferiori a 15 nm su un polimero biocompatibile, "che appare sul giornale Materiali funzionali avanzati , gli investigatori dettagliano un sistema che consente loro di scolpire, in un materiale biocompatibile, l'esatta struttura del tessuto osseo, con caratteristiche più piccole delle dimensioni di una singola proteina, un miliardo di volte più piccole di un metro. Questa piattaforma, chiamato, litografia con sonda a scansione biotermica (bio-tSPL), scatta una "fotografia" del tessuto osseo, e poi usa la fotografia per produrne una replica in buona fede.

Il gruppo, guidato da Elisa Riedo, professore di ingegneria chimica e biomolecolare alla NYU Tandon, e Giuseppe Maria de Peppo, un Ralph Lauren Senior Principal Investigator presso il NYSF, dimostrato che è possibile aumentare il bio-tSPL per produrre repliche ossee di dimensioni significative per studi e applicazioni biomediche, ad un costo abbordabile. Queste repliche ossee supportano la crescita di cellule ossee derivate dalle cellule staminali del paziente, creando la possibilità di sperimentare nuove applicazioni delle cellule staminali con un ampio potenziale di ricerca e terapeutico. Questa tecnologia potrebbe rivoluzionare la scoperta di farmaci e portare allo sviluppo di migliori impianti e dispositivi ortopedici.

La ricerca, "Litografia efficiente in termini di costi e tempo di repliche di tessuto osseo riutilizzabili di dimensioni millimetriche con dimensioni delle caratteristiche inferiori a 15 nm su un polimero biocompatibile, " appare in Materiali funzionali avanzati .

Nel corpo umano, le cellule vivono in ambienti specifici che controllano il loro comportamento e supportano la rigenerazione dei tessuti attraverso la fornitura di segnali morfologici e chimici su scala molecolare. In particolare, le cellule staminali ossee sono incorporate in una matrice di fibre –– aggregati di molecole di collagene, proteine ​​ossee, e minerali. La struttura gerarchica ossea consiste in un insieme di micro e nano strutture, la cui complessità ha finora ostacolato la loro replica con metodi di fabbricazione standard.

"tSPL è un potente metodo di nanofabbricazione che il mio laboratorio ha introdotto alcuni anni fa, ed è attualmente implementato utilizzando uno strumento disponibile in commercio, il NanoFrazor, " disse Riedo. "Tuttavia, fino ad oggi, limitazioni in termini di produttività e biocompatibilità dei materiali ne hanno impedito l'uso nella ricerca biologica. Siamo molto entusiasti di aver infranto queste barriere e di aver portato tSPL nel regno delle applicazioni biomediche".

La sua efficacia in termini di tempo e costi, così come la compatibilità cellulare e la riutilizzabilità delle repliche ossee, fanno di bio-tSPL una piattaforma conveniente per la produzione di superfici che riproducono perfettamente qualsiasi tessuto biologico con una precisione senza precedenti.

"Sono entusiasta della precisione ottenuta utilizzando bio-tSPL. Superfici bone-mimetic, come quello riprodotto in questo studio, creare possibilità uniche per comprendere la biologia cellulare e modellare le malattie ossee, e per lo sviluppo di piattaforme di screening dei farmaci più avanzate, " disse de Peppo. "Come ingegnere dei tessuti, Sono particolarmente entusiasta che questa nuova piattaforma possa anche aiutarci a creare impianti ortopedici più efficaci per trattare i difetti scheletrici e maxillo-facciali derivanti da lesioni o malattie".