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Aug 06, 2023

Rigenerazione migliorata del tessuto osseo utilizzando un 3D

Scientific Reports volume 13,

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 3139 (2023) Citare questo articolo

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Le proprietà meccaniche e biologiche dell'acido polilattico (PLA) devono essere ulteriormente migliorate per poter essere utilizzato nell'ingegneria del tessuto osseo (BTE). Utilizzando una tecnica di estrusione del materiale, sono state fabbricate con successo impalcature tridimensionali (3D) PLA-Ti6Al4V (Ti64) con pori aperti e canali interconnessi. Nonostante il fatto che la temperatura di transizione vetrosa del PLA sia aumentata con l’aggiunta di Ti64, le temperature di fusione e cristallizzazione nonché la stabilità termica dei filamenti sono leggermente diminuite. Tuttavia, l'aggiunta del 3-6% in peso di Ti64 ha migliorato le proprietà meccaniche del PLA, aumentando la resistenza alla compressione finale e il modulo di compressione del PLA-3Ti64 rispettivamente a 49,9 MPa e 1,9 GPa. Inoltre, le valutazioni della fluidità hanno rivelato che tutti i filamenti compositi soddisfacevano i requisiti di stampa. Durante il trattamento al plasma degli scaffold, non solo il valore quadratico medio (Rq) del PLA (1,8 nm) è aumentato a 60 nm, ma anche il suo angolo di contatto (90,4°) è diminuito significativamente a (46,9°). L'analisi FTIR ha confermato la maggiore idrofilicità man mano che i gruppi contenenti ossigeno diventavano più intensi. In virtù del ruolo eccezionale del trattamento al plasma e dell'aggiunta di Ti64, è stato osservato un marcato miglioramento nell'attaccamento delle cellule staminali mesenchimali della gelatina di Wharton, nella proliferazione (colorazione con 4′,6-diamidino-2-fenilindolo) e nella differenziazione (fosfatasi alcalina e alizarina colorazione rossa S). Sulla base di questi risultati, sembra che gli scaffold fabbricati abbiano potenziali applicazioni nel BTE.

Le ossa umane sono soggette a gravi malattie e difetti come traumi, osteoporosi e cancro1. Per curare queste malattie è prassi comune impiantare nel corpo sostanze metalliche non biodegradabili, generalmente a base di titanio e acciaio inossidabile2. Tuttavia, questo approccio ha provocato interventi chirurgici secondari per estrarre il metallo dal corpo, sprecando tempo e materiali3. L'uso di sostituti ossei ha recentemente attirato l'attenzione di molti esperti per riparare le ossa danneggiate senza affrontare i disastri associati ai metodi convenzionali4. Ciò è dovuto principalmente al fatto che questi materiali biodegradabili rappresentano siti preferibili per la crescita e la rigenerazione di nuovo tessuto osseo da parte di vari tipi di cellule5. Tuttavia, è fondamentale ricordare che il tipo di sostituto gioca il ruolo più influente, poiché deve mostrare caratteristiche simili all’osso iniziale. Queste caratteristiche vitali includono un'adeguata stabilità meccanica, garantendo aderenza, proliferazione e differenziazione delle cellule responsabili della rigenerazione ossea6. La maggior parte dei sostituti ossei fabbricati sono basati su metalli e ceramiche biocompatibili, che indicano una resistenza sufficiente7. Tuttavia, alcuni inconvenienti limitano l’uso di queste sostanze nelle applicazioni a base biologica. Uno dei problemi principali è che il modulo della maggior parte delle ceramiche e dei metalli è significativamente più alto di quello delle ossa, il che rende il trasferimento del carico sbilanciato e provoca il riassorbimento osseo come conseguenza dell'effetto di protezione dallo stress8,9. Inoltre, diversi difetti presenti nelle ceramiche riducono la loro capacità di dimostrare una tenacità accettabile. Inoltre, attorno agli impianti metallici, durante la scansione con risonanza magnetica (MRI) e tomografia computerizzata (CT), compaiono alcuni artefatti, che invalidano l'accuratezza dei risultati10. Pertanto, trovare un candidato biomateriale promettente è rimasta una grande sfida per i ricercatori.

Attualmente, i polimeri biocompatibili, come il polietereterchetone (PEEK), il policaprolattone (PCL) e l’acido polilattico (PLA), mostrano un alto potenziale per l’uso nell’ingegneria del tessuto osseo (BTE), grazie alla loro biodegradabilità, non tossicità, non immunogenicità e proprietà non infiammatorie 11. Tra un'ampia gamma di composti polimerici, il PLA, un poliestere alifatico termoplastico, è stato introdotto come uno dei migliori candidati nell'ingegneria dei tessuti duri. Questo polimero economico possiede una bassa temperatura di fusione e una biocompatibilità accettabile, aprendo la strada all'utilizzo in BTE12. Nonostante i vantaggi del PLA, la bassa attività biologica e le proprietà meccaniche sono considerati demeriti che dovrebbero essere affrontati13.