Ligament and tendon injuries represent a significant clinical issue, affecting patients' quality of life and increasing healthcare costs. Among these, one of the most frequent injuries involves the Anterior Cruciate Ligament (ACL). Reconstruction procedures often require autologous grafts using the semitendinosus or patellar tendons. However, these approaches present several challenges, including residual pain, joint stiffness, risk of osteoarthritis, and graft integration failures. Additionally, the altered load distribution following surgery can lead to further joint damage over time. One of the main challenges in ACL surgery is ensuring optimal biomechanics after reconstruction. To overcome the limitations of current surgical approaches, tissue engineering is emerging as an innovative solution. In this study, a multiscale three-dimensional scaffold was designed and developed using 3D bioprinting with a single biocompatible material, polycaprolactone (PCL). The fabrication process combined electrospinning and extrusion to obtain an interconnected nanofibrous structure capable of promoting cell adhesion and extracellular matrix (ECM) synthesis. Morphological characterization through scanning electron microscopy (SEM) confirmed the formation of overlapping nanometric fibers, effectively mimicking the structural organization of ligamentous collagen and ensuring an optimal distribution of interstitial spaces to facilitate cell migration. Tensile tests were conducted to evaluate the mechanical properties of different scaffold configurations. The best results were obtained with a scaffold featuring a circular section without notches in the electrospun sheet, which exhibited an elastic modulus of 14.6 ± 1.1 MPa and a tensile strength of 2.5 ± 0.2 MPa. The stress-strain curve followed a pattern comparable to that of the native ACL under physiological conditions, showing an initial "toe region" where PCL nanofibers align, followed by a linear phase and a plateau zone where the scaffold elongates at nearly constant stress. However, despite the qualitative similarity, the elastic modulus and tensile strength values remained lower than those of the native ligament. Additionally, failure analysis revealed that this scaffold configuration fractured at the enthesis, whereas other tested configurations exhibited failure in the central electrospun PCL fiber bundles, with a gradual reduction in the resistant cross-section. These results highlight the potential of this approach for ACL regeneration, offering an innovative platform for ligament tissue engineering and paving the way for further optimization of biomimetic scaffolds.

Le lesioni ai legamenti e ai tendini rappresentano un problema clinico significativo con ripercussioni sulla qualità della vita dei pazienti e sui costi del sistema sanitario. Tra queste una delle più frequenti coinvolge il Legamento Crociato Anteriore. Gli interventi di ricostruzione prevedono spesso l’uso di innesti autologhi con i tendini del semitendinoso o del rotuleo. Tuttavia, questi approcci presentano problematiche, come dolori residui, rigidità articolare, rischio di artrosi e fallimenti nell’integrazione dell’innesto. Inoltre, la distribuzione alterata dei carichi dopo l’intervento può portare a ulteriori danni articolari nel lungo termine. Una delle principali sfide nella chirurgia del LCA è garantire una biomeccanica ottimale dopo la ricostruzione. Per superare le limitazioni degli attuali approcci chirurgici, l’ingegneria dei tessuti si sta affermando come una soluzione innovativa. In questo studio è stato progettato uno scaffold tridimensionale multiscala tramite biostampa 3D e l’impiego di un solo materiale biocompatibile, il policaprolattone (PCL). La fabbricazione è avvenuta combinando elettrofilatura ed estrusione, al fine di ottenere una struttura nanofibrosa in grado di favorire l’adesione cellulare e la sintesi di matrice extracellulare. La caratterizzazione morfologica mediante microscopia elettronica a scansione (SEM) ha confermato la formazione di fibre nanometriche sovrapposte, riproducendo l’organizzazione strutturale del collagene legamentoso e garantendo una distribuzione ottimale degli spazi interstiziali per la migrazione cellulare. Le prove di trazione hanno valutato tre diversi set di provini di scaffold (sezione a corona circolare e 15 intagli nel foglietto elettrofilato, sezione circolare e 15 intagli nel foglietto elettrofilato e infine sezione circolare priva di intagli sul foglietto. I risultati migliori sono stati ottenuti dal terzo set, con un modulo elastico, E = 14.6 ± 1.1 [MPa], e uno sforzo a rottura, σrott= 2.5 ± 0.2 [MPa]. L’andamento della curva è risultato confrontabile con quello del LCA nativo (tratto iniziale caratterizzato da un “piede della curva” in cui le nanofibre di PCL si allineano, tratto lineare e, infine, la zona di plateau in cui il provino si allunga a sforzo circa costante) in condizioni fisiologiche, ma i valori di modulo elastico e sforzo a rottura sono ancora inferiori. Inoltre, il terzo set di provini si è rotto a livello dell’entesi, mentre i primi due set hanno riportato una rottura a livello dei fasci centrali di PCL elettrofilato, con una progressiva diminuzione della sezione resistente. I risultati ottenuti evidenziano il potenziale di questa strategia per la rigenerazione del LCA, fornendo una piattaforma innovativa per l’ingegneria tissutale del legamento e aprendo la strada a sviluppi futuri nell'ottimizzazione degli scaffold biomimetici.