Towards 3D bioprinting of human retina : rheology and printability of gelMA-based ink

This thesis work has been the first in Politecnico di Milano focalized on the 3D bioprinting in which the printer is not just used as a tool but, in the first park of the work as been studied to create a protocol for the next users. First the work started with materials present in the inventory such as PEG-based bioink and Nivea Crème; with those materials it has been possible to study and determine the best setup for the bioprinter and for the process such as the nozzle speed, the Z-axis calibration and the pressure related to the type of material. Afterwards, the work’s aim shifted to the synthesis in laboratory of an hydrogel to use as a scaffold to print retina; the choice fall over gelMA that is widely used in bioprinting research thanks to its capability to form gel very easily but it has never used in this specific topic. So, different formulation has been synthesised to study the effect of the composition of the gelMA itself and the presence of additives. Rheological and mechanical characterization has been conducted to understand the behaviour of the materials.In the end of the work a proof-of-concept on how it is possible to use those technologies and how, also low cost material as Nivea Crème, can be used as support material.

Per la prima volta al Politecnico di Milano è stata condotto una ricerca approfondita sul 3D bioprinting, così da aprire la strada a nuovi progetti di tesi e a nuove ricerche nel campo dell’ingegneria biomedica dei tessuti. Come primo progetto è stato scelto lo studio di un materiale utilizzabile nella stampa 3D della retina. Inizialmente lo studio si è concentrato sulla scelta del materiale, che è ricaduta sul gelma grazie alla facilità con cui riesce a formare idrogeli, e allo studio dei parametri di stampa, impiegando materiali già disponibili come i bioink forniti da Cellink e la crema Nivea. Dopo aver trovato i parametri e aver sintetizzato il gelma lo studio ha preso due strade parallele: caratterizzazione dei materiali, test di stampa e test meccanici e studio di diverse formulazioni del materiale per ottenere i risultati migliori. Tutto ciò ha portato ad avere 4 formulazioni due senza additivi, gelMA 01 e gelMA 1, e due con additivi, alla formulazione del gelMA 0,1 è stata aggiunta la xantham gum. Questo ha portato a un aumento della stampabilità dell’idrogelo portando i futuri studi a capire come gli additivi possono regolare le proprietà del gelMA fino ad ottenere la giusta soluzione. Infine è stata stampata uno scaffold per la retina utilizzando un supporto in Nivea, per mantenere la curvatura, così da dimostrare che già con materiali ancora “primordiali” è stato possibile stampare uno scaffold con la giusta forma e dimensioni.