Scaffold tracheale : modello 3D-printed in PLA

The first chapter describes trachea anatomy and functions; starting from macroscopic studies: dimensions, shape, and interconnections; to microscopic view: tissues and cells. Hereafter, the main diseases and therapies were valued and there was a more specific study on the ones based on regenerative medicine; 3D bioprinting techniques took a particular relevance in this process. Every possible variation used to build printed scaffolds had been studied in these different forms: extrusion bioprinting; inkjet bioprinting; laser-assisted bioprinting; stereolithography (SLS and DLP). The first one was analyzed in every possible technique for the printing of tubular structures. The suitable materials for trachea regeneration were scanned and divided in two categories: synthetical, like PLA, PCL, PGA, and PEGDA; and natural hydrogels, like alginate, collagen, gelatine, GelMA, and fibrin. The cellular sources for tissue culture and regeneration were also explored. In the end, the bibliography was examined to search for the most reliable test of the last years. Three models, fitting for regenerative therapies, were made based on the results of previous research. They present different locations for cells seeding and their shape is established on anatomical studies. The conclusion of the project is centered on the description of a model printed in PLA using a Kentstrapper printer and on the explanation of the software functioning.

Inizialmente è stata approfondita l’anatomia e le funzioni dell’organo, partendo da un livello macroscopico: forma, dimensioni, vascolarizzazione e connessioni con gli altri distretti corporei; per passare successivamente a descrizioni microscopiche: tessuti e cellule. In seguito, sono state valutate le malattie più comuni e le terapie tradizionali connesse, e ci si è concentrati su quelle che prevedano l’utilizzo della medicina rigenerativa, specificando le tecniche utilizzate e soffermandosi in particolare sulle protesi prodotte tramite 3D bioprinting. Si è data fondamentale importanza a questa categoria di tecnologie innovative, studiandone tutte le possibili variabili adatte alla produzione di costrutti per la medicina rigenerativa: stampa per estrusione; stampa ink-jet; stampa laser indotta; stereolitografia (SLS e DLP). La prima di queste è stata approfondita in tutte le tecniche utilizzabili per la formazione di tessuti tubulari. Dopo lo studio delle tecniche maggiormente utilizzate, sono stati analizzati i materiali adatti per la realizzazione di costrutti per rigenerare la trachea, e questi si sono potuti dividere in due categorie: biomateriali sintetici, come PLA, PCL, PGA e PEGDA; e idrogeli naturali, come alginato, collagene, gelatina, GelMA e fibrina. In ultima analisi, sui materiali risultati adatti, si sono volute studiare le fonti cellulari per la coltura dei costrutti e la rigenerazione del tessuto. Per finire è stata revisionata la bibliografia in cerca delle tecniche e prove più promettenti effettuate negli ultimi anni al fine di presentare, basandosi sui risultati descritti, tre differenti modelli con componete cellulare diversamente collocata all’interno della struttura, basata sugli studi anatomici, ritenuti potenzialmente adatti alla terapia rigenerativa dell’organo tracheale. A causa del periodo di pandemia in cui è stata svolta questa tesi non si sono potuti stampare i prototipi, ma soltanto parzialmente uno di questi. Lo stampo è descritto nel capitolo finale della tesi, ed è stato effettuato in PLA, per mezzo di una stampante Kentstrapper e precedentemente a questo sono descritti i software utilizzati.