Il 3D Printing come tecnologia emergente nella ricerca biomedica
La stampa 3D è un processo di fabbricazione che consente la produzione di oggetti tridimensionali partendo da un modello digitale. Si tratta di un processo di tipo additivo che, tramite la deposizione layer-by-layer del materiale, consente la progressiva realizzazione dell’oggetto.
Tale tecnologia trova ampia applicazione nell’ambito della ricerca biomedica fornendo supporto in diversi settori quali lo sviluppo di nuovi dispositivi medicali, la fabbricazione di protesi personalizzate oltre che nell’ambito dell’ingegneria tissutale per lo sviluppo di modelli fisiopatologici.
Presso il Laboratorio di Medicina Rigenerativa, Biomateriali e Terapie Avanzate dell’Istituto di Fisiologia Clinica del CNR sono disponibili due diverse stampanti 3D oltre che i software necessari per lo sviluppo del modello 3D e del suo processing per la definizione dei parametri di stampa.
SHAREBOT Q
Sharebot Q (Sharebot, Italia) è una stampante professionale dotata di tecnologia FDM (Fuse Deposition Modeling) compatibile con numerosi materiali polimerici sotto forma di filamento dal diametro di 1.75 mm quali acido polilattico (PLA), acrilonitrile-butadiene-stirene (ABS) e molti altri che possono essere acquistati o estrusi tramite l’estrusore di filamento (Felfil Evo, Italia) di cui il laboratorio è dotato. È caratterizzata da un ugello da 0,4 mm, un volume di stampa di 300x400x300 mm e piatto di stampa riscaldato (fino a 100°C). Nell’ambito della ricerca trova ampio impiego sia per la realizzazione di prototipi1 sia per la produzione di oggetti di labware2,3,4.
BIO X
BIO X (Cellink, Svezia) è una stampante di tipo bioprinter che consente di processare materiali di origine naturale o sintetica detti bioink caricati o meno con cellule e/o molecole bioattive. È caratterizzata da tre testine in grado di lavorare in serie che consentono di sviluppare oggetti tridimensionali compositi. È dotata di tecnologia ad estrusione pneumatica a temperatura controllata (4-65°C), tecnologia Inkjet e tecnologia FDM per l’estrusione di polimeri termoplastici (fino a 250 °C) oltre che di una camera di stampa completa di sistema di sterilizzazione UV e filtri HEPA. Trova applicazione principalmente nella ricerca ed in svariati campi quali lo sviluppo di sistemi complessi cellularizzati da utilizzare in vitro per lo studio di farmaci e/o molecole bioattive come alternativa alla sperimentazione animale.
Presso il Laboratorio, oltre ad essere disponibili tre diverse tipologie di bioink a base di collagene marino3, fibrinogeno4 o gelatina5 combinato con alginato, la stampante viene impiegata per la fabbricazione di un modello di cute semplificato descritto in letteratura3-5.Attualmente è in corso lo sviluppo di nuovi modelli in vitro di cute pre-vascolarizzato, di cute con melanoma e di vaso sanguigno.
References
1Cavallo A, Gasparotti E, Losi P, Foffa I, Al Kayal T, Vignali E, Celi S, Soldani G. Fabrication and in-vitro characterization of a polymeric aortic valve for minimally invasive valve replacement. J Mech Behav Biomed Mater. 2021 Mar;115:104294. doi: 10.1016/j.jmbbm.2020.104294.
2Cavallo A, Al Kayal T, Soldani G, Losi P, Tedeschi L. Riboflavin based setup as an alternative method for a preliminary screening of face mask filtration efficiency. Sci Rep. 2024 Apr 17;14(1):8830. doi: 10.1038/s41598-024-59485-7.
3Cavallo A, Al Kayal T, Mero A, Mezzetta A, Guazzelli L, Soldani G, Losi P. Fibrinogen-Based Bioink for Application in Skin Equivalent 3D Bioprinting. J Funct Biomater. 2023 Sep 5;14(9):459. doi: 10.3390/jfb14090459.
4Cavallo A, Al Kayal T, Mero A, Mezzetta A, Pisani A, Foffa I, Vecoli C, Buscemi M, Guazzelli L, Soldani G, Losi P. Marine Collagen-Based Bioink for 3D Bioprinting of a Bilayered Skin Model. Pharmaceutics. 2023 Apr 24;15(5):1331. doi: 10.3390/pharmaceutics15051331.)
5Cavallo A, Radaelli G, Al Kayal T, Mero A, Mezzetta A, Guazzelli L, Soldani G, Losi P. Optimization of Gelatin and Crosslinker Concentrations in a Gelatin/Alginate-Based Bioink with Potential Applications in a Simplified Skin Model. Molecules. 2025 Feb 1;30(3):649. doi: 10.3390/molecules30030649.
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