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Riparare le ossa con blocchi assemblabili?

L’ingegneria tissutale da diversi anni cerca di creare degli scaffolds compatibili con i siti dei difetti, questa resta ad oggi una delle più grandi sfide. All’interno di un articolo pubblicato sull’Advanced Materials alcuni ricercatori hanno analizzato un tipo di impalcatura del tutto nuova. Si tratta di un sistema modulare strutturato in microcavità, le quali possono essere assemblate e scalate in modo semplice. Proprio la grande adattabilità dei blocchi impilabili è stato preso in prestito dai famosissimi mattoncini della Lego dal design unico.

Proprietà meccaniche e geometriche

Lo studio in questione esplora le potenzialità di un nuovo sistema di scaffold per la riparazione delle fratture ossee ispirato ai famosi mattoncini Lego. Questa tecnologia prevede l’utilizzo di rigide microcavità di beta-tricalciofosfato ad alta densità cariche di hydrogel, stampate con il metodo di litografia ceramica (LCM). Le dimensioni del foro sono 1.5 × 1.5 × 1.5mm (3.375 mm3), mentre lo spessore delle pareti 230 – 560 µm. I blocchi possono essere impilati verticalmente in diverse configurazioni: ad esempio, utilizzando solo 4 strati di 4×4 unità, sono possibili 29413 configurazioni, il che dà un’idea della grande varietà di strutture ottenibili.

Obiettivi

L’obiettivo degli scaffolds rigenerativi è quello di potenziare la formazione di nuovo tessuto, perciò la combinazione della microstruttura con l’hydrogel deve garantire buone proprietà meccaniche. La singola microcavità presenta un’elevata resistenza a compressione (59.2MPa), che però dopo l’assemblaggio risulta notevolmente ridotta. Nonostante ciò, grazie all’elevata densità di materiale ceramico, le proprietà approssimano quelle del tessuto osseo. Inoltre, simulazioni numeriche hanno dimostrato che nessuna configurazione dei blocchetti cede per pressioni di 3.9MPa (resistenza ultima a compressione dell’osso trabecolare).

Funzionalità

L’aspetto più interessante di questa nuova tecnica è la possibilità di inserire nelle microcavità specifici carichi biologici: ogni blocchetto può essere riempito con gel contenenti fattori di crescita diversi. Questo permette di stimolare la crescita selettiva delle cellule nelle posizioni desiderate, consentendo di riparare il tessuto in modo preciso e rapido. Per studiare queste caratteristiche in vivo, i blocchetti differenziati sono stati utilizzati per la riparazione della frattura ossea in un topo: il numero di cellule (per millimetro quadro) presenti nella microcavità è più del doppio rispetto a quello degli scaffolds tradizionali, e il numero di vasi sanguigni è di circa 3,5 volte maggiore. Inoltre, a differenza di altre tecniche di bioprinting 3D che prevedono l’utilizzo di inchiostro di differenti composizioni, queste complesse strutture eterogenee possono essere ottenute senza il bisogno di attrezzature o personale specializzato.

Utilizzi futuri

Nei progetti futuri è prevista la possibilità di testare questi scaffolds per riparare fratture più complesse. Ulteriori applicazioni possono essere sviluppate modificando la composizione dei materiali utilizzati per la realizzazione delle unità ripetitive: questa tecnologia potrebbe infatti trovare impiego anche nel caso dei tessuti molli, o addirittura essere utilizzata per costruire organi per i trapianti.

 

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Antonio Umbriano

Written by Antonio Umbriano

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