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Scienziati UNSW stampano in 3D ossa con cellule viventi grazie al nuovo inchiostro ceramico COBICS

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Gli scienziati dell’UNSW Sydney hanno sviluppato l’inchiostro COBICS a base di ceramica che potrebbe consentire  in futuro ai chirurghi di stampare in 3D parti ossee complete di cellule viventi che potrebbero essere utilizzate per riparare il tessuto osseo danneggiato. Usando una stampante 3D che distribuisce un inchiostro speciale composto da fosfato di calcio, gli scienziati hanno sviluppato una nuova tecnica, nota come bioprinting omnidirezionale ceramico in sospensioni cellulari (COBICS), che consente loro di stampare strutture simili a ossa che si induriscono in pochi minuti quando messo in acqua.

“Sebbene l’idea di stampare in 3D strutture che imitano le ossa non sia nuova, questa è la prima volta che tale materiale può essere creato a temperatura ambiente – completo di cellule viventi – e senza sostanze chimiche aggressive o radiazioni”, ha affermato il dottor Iman Roohani della UNSW’s School of Chimica. “Questa è una tecnologia unica che può produrre strutture che imitano da vicino il tessuto osseo. Potrebbe essere utilizzato in applicazioni cliniche in cui vi è una grande richiesta di riparazione in situ di difetti ossei come quelli causati da traumi, cancro o dove viene asportata una grossa fetta di tessuto”.

Il professore associato Kristopher Kilian, che ha co-sviluppato la tecnologia rivoluzionaria con il dottor Roohani, afferma che il fatto che le cellule viventi possono far parte della struttura stampata in 3D, insieme alla sua portabilità, ne fanno un grande passo avanti rispetto alla tecnologia all’avanguardia.

Fino ad ora la realizzazione di un pezzo di materiale simile all’osso per riparare il tessuto osseo di un paziente implica prima entrare in un laboratorio per fabbricare le strutture utilizzando forni ad alta temperatura e sostanze chimiche tossiche – ha spiegato. Questo produce un materiale secco che viene poi portato in un ambiente clinico o in un laboratorio, dove lo lavano abbondantemente e quindi aggiungono cellule viventi ad esso.

Il professor Kilian ha spiegato: “La cosa interessante della nostra tecnica è che puoi estruderla direttamente in un punto dove ci sono cellule, come una cavità nell’osso di un paziente. Possiamo entrare direttamente nell’osso dove ci sono cellule, vasi sanguigni e grasso e stampare una struttura simile all’osso che contiene già cellule viventi, proprio in quell’area. Al momento non ci sono tecnologie in grado di farlo direttamente”.

In un documento di ricerca pubblicato di recente su Advanced Functional Materials, gli autori descrivono come hanno sviluppato l’inchiostro speciale in una matrice di microgel con cellule viventi.

Dr. Roohani: “L’inchiostro si avvale di un meccanismo di impostazione attraverso la nanocristallizzazione locale dei suoi componenti in ambienti acquosi, convertendo l’inchiostro inorganico in nanocristalli di apatite ossea interbloccati meccanicamente. In altre parole, forma una struttura chimicamente simile ai blocchi di costruzione delle ossa. L’inchiostro è formulato in modo tale che la conversione sia rapida, non tossica in un ambiente biologico e si avvia solo quando l’inchiostro viene esposto ai fluidi corporei, fornendo un ampio tempo di lavoro per l’utente finale, ad esempio i chirurghi”.

Quando l’inchiostro viene combinato con una sostanza collagena contenente cellule viventi, consente la fabbricazione in situ di tessuti ossei che possono essere adatti per applicazioni di ingegneria del tessuto osseo, modellazione di malattie, screening farmacologico e ricostruzione in situ di difetti ossei e osteocondrali .

Inchiostro ceramico COBICS per stampare in 3D ossa con cellule viventi
La Dott.ssa Sara Romanazzo si prepara a stampare in 3D un pezzo di osso utilizzando
la tecnica COBICS utilizzando una stampante 3D di estrusione di base. Foto: UNSW

C’è già stato un vivo interesse da parte di chirurghi e produttori di tecnologia medica. Il prof. Kilian pensa che questo nuovo processo di stampa ossea potrebbe aprire un modo completamente nuovo di trattare e riparare il tessuto osseo.

“Questo progresso apre davvero la strada a numerose opportunità che riteniamo possano rivelarsi trasformative: dall’utilizzo dell’inchiostro per creare osso in laboratorio per la modellazione della malattia, come materiale bioattivo per il restauro dentale, per dirigere la ricostruzione ossea in un paziente”, ha affermato il prof. Kilian.

“Immagino un giorno in cui un paziente che necessita di un innesto osseo possa entrare in una clinica dove viene riprodotta la struttura anatomica del proprio osso, tradotta su una stampante 3D e stampata direttamente nella cavità con le proprie cellule”.

“Questo ha il potenziale per cambiare radicalmente la pratica corrente, riducendo la sofferenza dei pazienti e, in definitiva, salvando vite umane”.

Successivamente il duo eseguirà test in vivo su modelli animali per vedere se le cellule viventi nei costrutti simili a ossa continueranno a crescere dopo essere state impiantate nel tessuto osseo esistente.

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Davide Sher

Sono un giornalista professionista iscritto all'ODG dal 2002 e mi sono sempre occupato di comunicazione trade. Per 10 anni ho redatto una testata dedicata al mercato dei videogiochi e successivamente ho partecipato alla creazione del primo iPad magazine dedicato all'elettronica di consumo. Dal 2012, mi occupo esclusivamente di stampa 3D/manifattura additiva, che vedo come la più affascinante e reale delle tecnologie oggi agli albori ma che plasmeranno il nostro futuro. Ho fondato Replicatore.it nel 2013 e ho scritto come blogger per diversi siti internazionali. Nel 2016 ho fondato la mia società 3dpbm (www.3dpbm.com), con base a Londra, che offre servizi di supporto alle aziende che vogliono comunicare, sia in Italia che nel mondo, i loro prodotti legati alla manifattura additiva. Oggi pubblichiamo diverse testate internazionali tra cui 3D Printing Media Network (il nostro sito editoriale internazionale), 3D Printing Business Directory (la più grande directory al mondo di aziende legate alla stampa 3D), Replicatore.it, Replicador.es e 3D Printing Media Network Chinese Version.

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