DT News - Italy - I dentisti potrebbero presto fare clic su “stampa” prima di eseguire l’intervento chirurgico

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I dentisti potrebbero presto fare clic su “stampa” prima di eseguire l’intervento chirurgico

La bioprinting e i progressi nei materiali rendono più facile creare strutture di collagene necessarie per la chirurgia orale (Image: luchschenF/Shutterstock).

CHENGDU, Cina: Sebbene i moderni trattamenti per la malattia parodontale possano offrire alcune soluzioni nel restauro dei tessuti dentali, spesso non riescono a riprodurre la complessa struttura anatomica originale del tessuto. La bioprinting 3D ha rivoluzionato la cura offrendo un’elevata precisione nella rigenerazione dei tessuti. Un team cinese ha pubblicato un review dei metodi di stampa 3D attualmente disponibili per biomateriali a base di collagene e della loro applicazione per la rigenerazione dei tessuti orali come il nervo pulpare e i vasi sanguigni, la cartilagine e il tessuto parodontale.

Background
La stampa 3D, avviata da Charles Hull nel 1986, utilizza modelli digitali per costruire oggetti strato su strato utilizzando materiali leganti, facilitando la flessibilità progettuale, riducendo i costi di produzione e migliorando la funzionalità. In odontoiatria, la bioprinting 3D mira alla rigenerazione dei tessuti orali e ha portato la chirurgia dentale verso approcci più accurati e digitalizzati.

Il collagene, un componente primario della matrice extracellulare, è spesso impiegato nell’ingegneria tissutale grazie alla sue somiglianze strutturali e chimiche con la matrice extracellulare del tessuto orale. Tuttavia, la sua rapida degradazione limita la sua applicazione diretta negli scaffold tissutali. Per migliorare la sua efficacia, il collagene è tipicamente combinato con altri materiali. Per esempio, per le strutture biomimetiche, i ricercatori hanno combinato il vetro bioattivo con collagene modificato per migliorare la vitalità delle cellule staminali mesenchimali umane.

I bioinchiostri a base di collagene offrono un’eccellente stampabilità per vari metodi di stampa 3D. La stampabilità del collagene dipende dalla formulazione del bioinchiostro e dalla tecnica di stampa. Scaffold di collagene stampati in 3D possono fornire un ambiente per la crescita cellulare, sia attirando le cellule staminali o ospitandole direttamente.

Metodi di bioprinting
Le tecnologie di bioprinting sono ampiamente suddivise in stampa a getto d’inchiostro, pressurizzata e light-assisted bioprinting. Proveniente dalla tradizionale stampa a getto d’inchiostro, la bioprinting a getto d’inchiostro deposita gocce di inchiostro strato per strato. Offre un posizionamento preciso delle cellule in strutture 2D e 3D, adatto per l’ingegneria tissutale. Tuttavia, le applicazioni sono limitate dal fatto che questo metodo permette di utilizzare solamente inchiostri poco viscosi.

La bioprinting basata sull’estrusione impiega una pressione, pneumatica o meccanica, per spingere il bioinchiostro attraverso un ugello. È compatibile con un range molto vasto di biomateriali. Esso infatti permette la stampa di inchiostri di viscosità compresa tra 30 e 6 x 107 mPa/s. Tuttavia generalmente le cellule depositate con questo tipo ti tecnica vivono di meno rispetto al bioprinting a getto d’inchiostro, a meno che non si usino pressioni molto basse e ugelli di grandi dimensioni, che però non garantiscono un’alta risoluzione.

Introdotta per la modellazione cellulare 2D, la bioprinting light-assisted utilizza i laser per solidificare il bioinchiostro, assicurando uno sforzo meccanico minimo e tenendo conto delle strutture ad alta risoluzione. Questa tipologia di stampa comprende la LIFT (laser-induced forward transfer), la stereolitografia e la DLP (digital light processing). Questi metodi creano scaffold con elevata fedeltà strutturale e buona vitalità cellulare.

Applicazioni
La ricerca sulla bioprinting 3D della cartilagine con bioink di collagene ha dimostrato che gli idrogel di collagene ad alta densità, una volta riscaldati, hanno migliorato la precisione geometrica delle strutture stampate, affinando la fedeltà strutturale e la resistenza meccanica. Un altro studio ha fornito un confronto tra diversi bioinchiostri per la stampa della cartilagine, trovando che le combinazioni alginato-agarosio e alginato-collagene offrivano resistenze di compressione e di trazione superiori rispetto al solo alginato. Inoltre, alginato-collagene ha promosso una migliore sopravvivenza cellulare e ha mantenuto il fenotipo dei condrociti in modo efficace.

La stampa 3D egualmente è stata utile nel ricreare le strutture della nanofibra della matrice extracellulare della cartilagine. Questi scaffold sono utili a sostenere l’adesione cellulare, la proliferazione e la differenziazione e per dimostrare il potenziale di rigenerazione osteocondrale. Ci sono state anche iniziative per utilizzare la stampa 3D nella riparazione dell’articolazione temporomandibolare. Gli scaffold creati dalla gelatina hanno mostrato il potenziale per la differenziazione della cartilagine delle cellule staminali mesenchimali derivate dal midollo osseo umano. Il team ha osservato nella review come la ricerca abbia anche sottolineato l’efficacia dell’uso di due metodi di reticolazione incrociata negli scaffold, trovando che tali strutture favoriscono la crescita delle ossa e della cartilagine.

Estrazione del collagene
Esistono diversi metodi di estrazione del collagene. Un metodo di estrazione altamente efficiente e rispettoso dell’ambiente è l’estrazione enzimatica, che rompe i legami covalenti del collagene in condizioni acide preservandone le proprietà fisiche e biochimiche. Gli enzimi comunemente usati includono pepsina, proteasi pancreatica, papaina e ficina. I fattori che influenzano l’estrazione includono temperatura, pH, tempo e concentrazione enzimatica. Oltre a questo, sono stati sviluppati complessi metodi di estrazione al fine di ottenere un’estrazione efficiente e rapida del collagene senza compromettere la struttura.

La recensione, intitolata “3D bioprinting of collagene-based materials for orale Medicine”, è stata pubblicata online il 31 agosto 2023 su Collagen and Leather.

 

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