Nuove alternative polimeriche sintetiche per la biostampa 3D
Per quanto riguarda il trattamento di una malattia o una lesione, la medicina ricorre spesso alle impalcature per tessuti. «Proprio come le impalcature utilizzate nelle costruzioni, le impalcature per tessuti aiutano le cellule a costruire tessuti funzionali», spiega Robert Denis Murphy, ricercatore presso il Royal College of Surgeons in Irlanda. Per facilitare in modo sicuro tale crescita cellulare e formazione di tessuto, le impalcature per tessuti sono tipicamente microscopiche e nanostrutturate e devono sempre essere biocompatibili. «I biopolimeri idrogel rispondono a tutte queste esigenze», aggiunge Murphy. I biopolimeri idrogel sono polimeri derivati da origini naturali e sono considerati non tossici, biocompatibili, biodegradabili ed economici. Eppure, nonostante il loro potenziale, l’attuale libreria di biopolimeri idrogel rimane piuttosto limitata. Il progetto BioSMaLL, finanziato dall’UE, contribuisce a superare questo limite. «L’obiettivo generale del progetto era quello di superare i limiti dei biopolimeri idrogel attualmente utilizzati nella stampa 3D, fornendo nuove alternative polimeriche sintetiche», spiega Murphy, che ha coordinato il progetto. Una parte notevole del progetto è stata ospitata nel laboratorio di Craig J. Hawker, un professore presso l’Università della California, a Santa Barbara.
Ottimizzare le piattaforme polimeriche per la stampa 3D
Il progetto, che ha ricevuto il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, si proponeva di creare polimeri con strutture chimiche definite e in grado di offrire un’elevata riproducibilità da un lotto all’altro e proprietà meccaniche controllabili. I ricercatori hanno anche cercato di incorporare in questi polimeri funzionalità reattive alla luce, permettendogli così di modificare rapidamente le loro proprietà meccaniche da morbide a dure o da liquide a solide. Come per molti progetti di ricerca, però, il team di BioSMaLL si è subito reso conto che ciò era più facile a dirsi che a farsi. «Il problema più grande che il progetto ha dovuto affrontare è stato l’ottimizzazione delle piattaforme polimeriche per la stampa 3D, un compito non banale», osserva Murphy. «Poiché questi materiali non sono mai stati esplorati per questo tipo di utilizzo, è stata necessaria una curva di apprendimento piuttosto pronunciata per poter ingegnerizzare chimicamente i materiali e renderli adattabili alla stampa 3D.»
Scoperte nel campo della biostampa batterica
In totale, il progetto ha prodotto due piattaforme polimeriche innovative. In collaborazione con gli esperti del centro di ricerca e sviluppo di ingegneria dell’esercito degli Stati Uniti (U.S. Army Engineer Research and Development Center) (ERDC), la prima piattaforma prevedeva di incorporare batteri geneticamente modificati all’interno di idrogel, utilizzati poi per stampare in 3D materiali biocompositi viventi. «La biostampa batterica è un’area di ricerca per lo più inesplorata, ma con un enorme potenziale di utilizzo in simili applicazioni biotecnologiche come il biorilevamento e il biorisanamento», osserva Murphy. Il lavoro di BioSMaLL è uno dei pochi studi condotti finora sulla stampa 3D di biocompositi con i batteri, e il primo ad analizzare come la resistenza meccanica degli idrogel influisca sulla crescita batterica. La seconda piattaforma presentava idrogel polimerici le cui proprietà meccaniche e pertanto la stampabilità 3D potevano essere adattate tramite una modifica dell’architettura del polimero. È stato dimostrato che entrambe le piattaforme sono biologicamente compatibili con i sistemi cellulari viventi.
Ispirare la prossima generazione di progettazione di idrogel
A progetto ormai conclusosi, Murphy spera che il suo lavoro possa contribuire a espandere l’uso degli idrogel polimerici nella biostampa 3D. «Credo che il progetto BioSMaLL ispirerà la prossima generazione di progettazione di idrogel, il che avrà un impatto non solo sulla ricerca, ma anche sull’industria e in particolare sulla medicina», conclude. Ispirandosi al suo stesso lavoro, Murphy sta attualmente lavorando a nuovi progressi nell’ambito di nuovi materiali per la stampa 3D, con l’intenzione di commercializzare tali soluzioni per l’uso in applicazioni biomediche.
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