Sviluppo e caratterizzazione di un bioink per l'ingegneria del tessuto retinico

The diseases that damage the eye, causing poor vision and blindness, currently affect 285 million people worldwide, a large part of which are retinal diseases. Of these, the most common are age-related macular degeneration, glaucoma and diabetic retinopathy, all of which lack effective long-term treatments. The analysis of these retinopathies shows that, due to their high incidence, their socioeconomic and psychological impact and the lack of resolutive treatments, the development of new therapies and in vitro models to understand their pathogenesis is an increasingly urgent need. Among the most promising frontiers there are regenerative medicine and in particular tissue engineering, which aim to activate and sustain the intrinsic regenerative capacity of the body. In this thesis, an innovative bioink has been developed for retinal tissue engineering, capable of being printed by 3D bioprinting technology, one of the most promising techniques in this field. The bioink consists of a blend of sodium alginate, chosen for its mechanical properties tunable through an ionic mechanism, and gelatin, chosen for its cell-adhesive properties. First of all, several characterization tests have been performed on this biomaterial, aimed at testing its validity from the point of view of rheological, physical and cytotoxic properties. In addition, specific printability parameters were evaluated by comparing the prints made with two nozzles of different diameters (22G and 25G), in order to optimize the printing parameters in the two cases and evaluate the differences between the constructs in terms of accuracy. The results show that the chosen bioink is suitable for retinal tissue regeneration as it has excellent biocompatibility, degradability, and printability properties. This seems promising for future research, but further studies are needed to evaluate the embedding of cells in the bioink and their behavior in response to the printing process.

Le patologie che danneggiano l’occhio, causando ipovisione e cecità, colpiscono attualmente 285 milioni di persone nel mondo, di cui una gran parte sono patologie retiniche. Di queste le più diffuse sono la degenerazione maculare senile, il glaucoma e la retinopatia diabetica e sono tutte accumunate da una mancanza di trattamenti efficaci nel lungo termine. Dall’analisi di queste retinopatie emerge che, a causa della loro alta incidenza, del loro impatto socioeconomico e psicologico e della mancanza di trattamenti risolutivi, lo sviluppo di nuove terapie e di modelli in vitro per capirne la patogenesi è un bisogno sempre più impellente. Tra le frontiere più promettenti vi è la medicina rigenerativa e in particolare l’ingegneria dei tessuti, che hanno l’obiettivo di attivare e sostenere l’intrinseca capacità rigenerativa del corpo. Nella presente tesi è stato sviluppato un bioink innovativo per l’ingegneria del tessuto retinico, in grado di essere stampato tramite tecnologia di 3D Bioprinting, una delle tecniche più promettenti in questo ambito. Il bioink è costituito da un blend di alginato di sodio, scelto per le sue proprietà meccaniche regolabili attraverso un meccanismo ionico, e di gelatina, scelta per le sue proprietà adesive per le cellule. Su questo sono state svolte innanzitutto diverse prove di caratterizzazione, mirate a testarne la validità da un punto di vista delle proprietà reologiche, fisiche e citotossiche. Inoltre, si sono valutati specifici parametri di stampabilità paragonando le stampe effettuate con due ugelli di diverso diametro (22G e 25G), allo scopo di ottimizzare i parametri di stampa nei due casi e valutare le differenze tra i costrutti in termini di risoluzione. I risultati mostrano che il bioink scelto è adatto alla rigenerazione del tessuto retinico in quanto presenta ottime proprietà di biocompatibilità, degradabilità e stampabilità. Questo sembra promettente per le ricerche future, ma sono necessari ulteriori studi per valutare l’inglobamento di cellule nel bioink e il loro comportamento in risposta al processo di stampa.