La stampa 3D di biosolidi basata sull'estrusione, o "bioprinting", è un approccio promettente per generare innesti di ingegneria tissutale specifici per il paziente. Tuttavia, una delle principali sfide nella biostampa è che la maggior parte dei materiali attualmente utilizzati non ha la versatilità per essere utilizzata in un'ampia gamma di applicazioni.

Una nuova nanotecnologia è stata sviluppata da un team di ricercatori della Texas A&M University che sfrutta le interazioni colloidali delle nanoparticelle per stampare geometrie complesse che possono imitare la struttura di tessuti e organi. Il team, guidato dal Dr. Akhilesh Gaharwar, professore associato e Presidential Impact Fellow presso il Dipartimento di Ingegneria Biomedica, ha introdotto soluzioni colloidali di nanosilicati 2D come piattaforma tecnologica per stampare strutture complesse.

I nanosilicati 2D sono nanoparticelle inorganiche a forma di disco con un diametro da 20 a 50 nanometri e uno spessore da 1 a 2 nanometri. Questi nanosilicati formano una struttura "a castello di carte" al di sopra di una certa concentrazione in acqua, nota come soluzione colloidale.

Queste soluzioni colloidali hanno proprietà interessanti quando si studia la deformazione di un materiale, come l'aumento della viscosità e lo snervamento, nonché l'assottigliamento del taglio, dove la viscosità si riduce sotto sforzo, e il comportamento tissotropico, dove un materiale si deforma in risposta alle forze applicate. Il Gaharwar Laboratory sfrutta le proprietà reologiche di questi nanosilicati per la stampa 3D basata sull'estrusione.

I risultati della ricerca del team sono stati pubblicati sulla rivista Bioprinting .

Alcune delle principali sfide nella stampa 3D basata sull'estrusione sono l'incapacità di stampare strutture alte e complesse, poiché i materiali morbidi scorrono per gravità e non possono formare strutture autoportanti. Per superare queste sfide, i ricercatori hanno utilizzato nanosilicati colloidali e li hanno dimostrati come una tecnologia di piattaforma per la biostampa utilizzando tre diversi approcci.

Nel primo approccio, Satyam Rajput, uno studente laureato in ingegneria biomedica presso il Gaharwar Laboratory e l'autore principale dell'articolo, ha progettato un inchiostro che si assottiglia al taglio composto da nanosilicati e polimeri solubili in acqua come agarosio, alginato, kappa-carragenina, gelatina , gelatina metacriloile, polietilenglicole e N-isopropil acrilammide. La formulazione dell'inchiostro stampabile ha mostrato una buona fedeltà della forma.

Nel secondo approccio, il team ha dimostrato l'uso dei nanosilicati come inchiostro sacrificale, uno strumento progettato per non funzionare e per essere rimosso, per progettare dispositivi microfluidici per la modellazione in vitro delle malattie. Questi dispositivi perfusabili possono essere utilizzati per varie applicazioni per emulare e studiare la fisiologia vascolare e la meccanica dei fluidi, modelli di malattie, organizzazione e funzione dei tessuti, ingegneria tissutale terapeutica e modelli di colture cellulari 3D e screening di farmaci.

Nel terzo approccio, i ricercatori hanno utilizzato un gel di nanosilicato colloidale come bagno di supporto per la stampa 3D annullando la tensione superficiale e le forze gravitazionali. All'interno del bagno di supporto è stata stampata una serie di strutture complesse come un vaso biforcato, un femore, un menisco, una doppia elica del DNA, un cuore e una valvola a trifoglio.

"La versatilità dei nanosilicati potrebbe essere ampiamente adottata nei campi della produzione additiva, dell'ingegneria dei tessuti, della somministrazione di farmaci e dei dispositivi medici", ha affermato Gaharwar. + Esplora ulteriormente

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