Progettazione e realizzazione di uno scaffold prevascolarizzato innovativo e versatile per l'ingegneria dei tessuti mediante stampa 3D

Tissue engineering is a discipline aiming at producing biological substitutes to restore, maintain or improve tissue functionality. The use of autologous tissue prevents the risk of rejection and the administration of an immunosuppressive therapy. However, it still has some drawbacks, such as the lack of vascularization and innervation in engineered tissues. Many approaches to solve vascularization problem have been studied in literature: in vitro or in vivo prevascularization, use of scaffold coming from decellularized organs or tissues, 3D printing or bioprinting, microfabrication techniques, use of sacrificial templates, modular assembly. In this work, 3D printing was used to fabricate a sacrificial PVA-template with a shape of a vascular network, designed according to Murray's law and minimizing the total hydraulic resistance. After being covered with silicone, inner template was removed with water. The hollow vascular network is then included in a hydrogel composed of alginate and gelatin, used as a matrix for cell culture. Eventually, a bioreactor was designed: it allows the perfusion of the lumen of the vascular network and the simultaneous rotation of the scaffold to enhance oxygenation.

L'ingegneria dei tessuti è un campo dell'ingegneria che si propone di realizzare sostituti biologici per ripristinare, mantenere o migliorare le funzioni di tessuti. Al contrario del trapianto di organi, l'utilizzo di cellule autologhe consente di evitare rigetto e la terapia immunosoppressiva. Tuttavia, presenta comunque alcuni problemi, tra cui la mancanza di vascolarizzazione e di innervazione nei tessuti ingegnerizzati. Per affrontare il problema della vascolarizzazione in letteratura sono discussi diversi approcci: prevascolarizzazione in vitro o in vivo, utilizzo di scaffold provenienti da organi o tessuti decellularizzati, stampa 3D e bioprinting, tecniche di microfabbricazione, impiego di template sacrificali, aggregazione di moduli. Per questa tesi è stata scelta la stampa 3D per realizzare un template sacrificale in PVA con la forma di una rete vascolare, progettata secondo la legge di Murray e la minimizzazione della resistenza idraulica totale. Questo template è rivestito in silicone, prima che l'anima in PVA sia eliminata con acqua. La rete vascolare cava così ottenuta è inclusa in un idrogelo composto da alginato e gelatina utilizzato come matrice per la coltura cellulare. Infine, è stato realizzato un bioreattore che consente la perfusione interna della rete vascolare e la rotazione simultanea del costrutto per ossigenare al meglio lo scaffold.