Sintesi e caratterizzazione di un nuovo materiale autoriparante per il 3D Bioprinting a estrusione

Extrusion 3D bioprinting is a biofabrication technique that allows the production of tridimensional structures with embedded cells by means of deposition of a bioink. The bioink is contained in a cartridge and its flow and subsequent deposition is possible thanks to an applied pressure. Bionks requirements are linked to their processability, to the shape retention of printed structures, and to their interaction with cells during all printing phases. Many biomaterials, both synthetic and natural ones, can be used as bioink components; however, the need for high resolution structures, obtained by using small nozzles, can hinder cell viability. Small nozzles, in fact, are responsible for high shear stresses during extrusion. The reported work is focused on the development of a hydrogel based on gelatine, suspension of polyurethane particles, and gelatin methacryloyl (Gel-WPU-GelMA). This material shows a self-healing behaviour that is tied to the dynamic nature of the polymeric network that constitutes it. Previous works linked self-healing behaviours to better printability of the material and to higher cell viability following extrusion. The Gel-WPU-GelMA hydrogel was synthetised and characterized to evaluate its printability, self-healing abilities and biodegradability. Further studies will be able to quantify the protection effect on cells caused by the dynamic polymeric network. It is, in fact, possible to speculate that the network may be able to mitigate the shear stresses caused by the extrusion process, making it possible to preserve high cell viability despite employing small nozzles.

Il 3D Bioprinting a estrusione è una tecnica di biofabbricazione che consente di produrre strutture tridimensionali contenenti cellule tramite deposizione di un bioinchiostro, contenuto in una cartuccia, per mezzo di una pressione applicata sullo stesso. I requisiti di un bioinchiostro sono legati alla sua processabilità, alla ritenzione di forma delle strutture stampate e alle interazioni tra biomateriali e cellule durante tutte le fasi di stampa. Molti biomateriali, sia naturali che sintetici, sono stati utilizzati come componenti dei bioinchiostri. Tuttavia, l’esigenza di produrre strutture ad elevata risoluzione utilizzando ugelli di ridotte dimensioni compromette il mantenimento di un’alta vitalità cellulare, a causa degli elevati sforzi di taglio indotti durante l’estrusione. Questo lavoro si focalizza sullo sviluppo di un idrogelo a base di gelatina, particelle di poliuretano biodegradabile in dispersione e gelatina metacrilata (Gel-WPU-GelMA). Tale materiale mostra un comportamento autoriparante legato alla natura dinamica delle reti polimeriche presenti al suo interno. Precedenti lavori hanno correlato tale comportamento ad una migliore stampabilità del materiale ed una maggiore vitalità cellulare a seguito dell’estrusione. L’idrogelo Gel-WPU-GelMA è stato sintetizzato e caratterizzato per valutarne la stampabilità, la capacità di autoriparazione e la biodegradabilità. Ulteriori studi potranno quantificare l’effetto di protezione sulle cellule dato questa rete polimerica dinamica: è possibile supporre che la stessa sia in grado di mitigare l’effetto degli sforzi di taglio dovuti all’estrusione, così da consentire elevata vitalità cellulare nonostante l’utilizzo di ugelli di ridotte dimensioni.