Primele țesuturi artificiale fabricate în laboratoarele UPB folosind tehnologia viitorului – BIOPRINTAREA 3D
A.I. Dinu, A.I. Cernencu, S. Dinescu, I.C. Stancu, A. Lungu, H. Iovu
Centrul de Cercetare pentru Materiale Polimerice Avansate (Advanced Polymer Materials Group, APMG) din cadrul Universității Politehnica din București (UPB), este un grup ambițios de cercetători condus de prof. Horia Iovu, care desfășoară activități de cercetare de un înalt nivel tehnico-științific, cu reale contribuții în domeniul ingineriei biomedicale. Echipa APMG s-a consolidat în timp prin integrarea unor specialiști cu o vastă experiență în dezvoltarea cunoașterii la granița dintre biologie, biochimie și chimie pentru a oferi soluții pentru regenerarea tisulară prin fabricarea de țesuturi artificiale. Pentru dezvoltarea acestei tematici interdisciplinare, abordată cu prioritate și la nivel mondial, colectivul APMG beneficiază de o infrastructură performantă care permite obținerea de structuri cu dimensiuni relevante biologic care pot să susțină regenerarea țesuturilor după implantarea acestora.
Tehnologia de imprimare 3D, din ce în ce mai folosită în numeroase industrii, a ajuns în prezent să aibă un impact semnificativ și în domeniul fabricării de implanturi. Cunoscut fiind faptul că durează aproximativ 50 de ani de la o mare descoperire până când aceasta devine o ramură a industriei și reușește să provoace schimbări în viață cotidiană, cercetătorii APMG sunt încrezători că tehnologia printării 3D va putea oferi pacienților țesuturi artificiale pentru a facilita vindecarea defectelor tisulare în viitorul nu foarte îndepărtat. „Popularitatea acestei tehnici de fabricare crește pe zi ce trece, iar combinarea ei cu domeniul futurist al nanomaterialelor și cu elemente inspirate din natură, reprezintă premise pentru realizarea de substituenți tisulari adaptați cerințelor fiecărui pacient”, a declarat conf. Adriana Lungu, membră APMG și coordonatoarea tematicii de cercetare în domeniul științific al bioprintării 3D pentru medicină regenerativă. Pentru a demonstra acest concept, în cadrul proiectului BonePOSS aflat în desfășurare, dr. Lungu, împreună cu echipa sa, a fabricat o serie de platforme biomimetice pe bază de hidrogeluri nanocompozite de origine naturală destinate ingineriei țesutului osos.
Un factor important care ghidează succesul științific al acestei teme de cercetare este alegerea unor biomateriale polimerice potrivite din punct de vedere al proprietăților biologice și fizico-chimice. Pentru realizarea experimentelor s-a optat pentru materiale de origine naturală, compatibile cu mediul biologic, ieftine și disponibile pe scară largă. Elementele de bază utilizate pentru fabricarea suporturilor biomimetice au fost gelatina, o proteină de origine bovină, respectiv pectina, o polizaharidă extrasă din citrice, care conferă stabilitate structurală și prelungește timpul de degradare al structurilor printate 3D. Întrucât bioprintarea 3D prin microextrudare necesită materiale cu un comportament reologic deosebit, combinația polimerică a fost ranforsată cu nanomateriale speciale. În acest scop s-a decis folosirea nanocelulozei, care manifestă o printabilitate extraordinară și poate să inducă formulărilor polimerice un comportament adecvat printării. Ca și element osteoinductiv pentru obținerea de suporturi celulare destinate regenerării osoase s-a folosit o categorie interesantă de particule de tip nanosilice, un nanomaterial extrem de versatil recunoscut pentru abilitățile sale de a stimula răspunsul biologic de formare de apatită. Studiile realizate au vizat printarea de structuri 3D folosind biomaterialele compozite prezentate și caracterizarea acestora din punct de vedere morfo-structural precum și din punct de vedere al răspunsului preliminar al osteoblastelor. Probele obținute au demonstrat o bună hidrofilie și o stabilitate remarcabilă în fluid fiziologic simulat la un interval de 14 zile de la imersare. Studiile de microtomografie au arătat că suporturile printate au o rețea complexă de pori și micropori care permite migrarea celulelor în structura lor. Testele in vitro au demonstrat că structurile printate 3D folosind formulările polimerice propuse au demonstrat o bună citocompatibilitate și au susținut proliferarea pre-osteoblastelor cu care au interacționat, fapt ce sugerează că sunt adecvate pentru aplicații în implantologia osoasă.
Testarea performanțelor se va extinde în perioada următoare, cercetătorii UPB lucrând la dezvoltarea unei metode prin care să integreze celule direct în formulările polimerice (bioink) pentru investigarea detaliată a comportamentului celular după printarea 3D. Această strategie de nanoinginerie contribuie semnificativ la înțelegerea evenimentelor tisulare și poate conduce la crearea de tipare celulare ce nu pot fi realizate cu tehnologiile anterioare, răspunzând astfel la probleme fundamentale care deschid noi soluții terapeutice.
