30845 Suppl Giot.pdf - Giornale Italiano di Ortopedia e Traumatologia

Tecniche innovative per la fabbricazione di scaffold ad uso ortopedico
Fig. 1. Micrografia SEM di fibre nanometriche di chitosano ottenute mediante elettrofilatura.
letteratura tecniche di funzionalizzazione mediante la dispersione
di fasi ceramiche, quali nanopolveri di idrossiapatite o biovetro, e
l’impiego di fattori di crescita, quali Bone Morphogenic Protein e
Transforming Growth Factor.
I più recenti risultati di ricerca hanno dimostrato le notevoli potenzialità
degli scaffold elettrofilati sia in combinazione con cellule
differenziate (ad esempio osteoblasti, condrociti e tenociti), sia
con l’uso di cellule staminali 10 . La spiccata bioattività di questi
scaffold ha infatti permesso di orientare il differenziamento delle
cellule staminali verso il fenotipo desiderato, promuovendo altresì
una notevole produzione di neo-matrice.
In letteratura sono anche riportate modifiche al processo di elettrofilatura,
che permettono l’ottenimento di scaffold a fibre allineate. I risultati
dimostrano che questi fasci orientati di fibrille hanno un notevole
vantaggi applicativo nella rigenerazione del tessuto tendineo 11 .
TECNICHE COMPuTEr-aSSISTITE
Le tecniche computer-assistite per la realizzazione di scaffold ricadono
nella nascente branca della biofabbricazione. Tale disciplina
applica tecniche CAM (computer aided machining) all’ingegneria
tissutale, permettendo di realizzare scaffold sulla base di modelli
progettati al calcolatore. Le tecniche di biofabbricazione sono
mutuate a quelle della prototipazione rapida. Sono per lo più tecniche
additive, basate sulla microestrusione, o sulla polimerizzazione
selettiva di elementi trabecolari, in modo da creare una struttura tridimensionale
porosa, con un preciso controllo della microarchitettura.
In tutti i casi, comunque, il movimento relativo tra il campione
e l’utensile (testina di dispensazione del materiale) è affidato a un
sistema di attuatori a controllo numerico computerizzato in grado
di effettuare traiettorie con una risoluzione di alcuni micrometri.
Le tecniche computer assistite sono applicabili a una varietà di
polimeri biocompatibili, compresi sistemi in fase gel 12 .
Sono inoltre riportate in letteratura tecniche in cui, parallelamente
alla dispensazione dello scaffold, anche la componente cellulare
può essere veicolata all’interno dello scaffold in fase di stampa in
condizioni di sterilità, assistendo alla vera e propria prototipazione
rapida di un tessuto ingegnerizzato 13-15 . La possibilità di control-
S136
Fig. 2. Micrografia SEM illustrante la trabecolatura di uno scaffold in policaprolattone ottenuto
mediante tecnica computer-assistita.
lare con precisione la concentrazione, la localizzazione e il tipo
di cellule dispensate all’interno dello scaffold durante la fase di
fabbricazione, apre nuove frontiere alla fabbricazione di costrutti
complessi, con l’obiettivo di mimare la complessità biologica.
BIBLIOGraFIa
1 Lu HH, Subramony SD, Boushell MK, et al. Tissue Engineering Strategies
for the Regeneration of Orthopedic Interfaces. Ann Biomed Eng
2010;10.1007/s10439-010-0046-y.
2 Rose FRAJ, Oreffo ROC. Bone tissue engineering: hope vs. hype. Biochem
Biophys Res Commun 2002;292:1-7.
3 Sepulveda P, Jones JR, Hench LL. Bioactive sol-gel foams for tissue repair.
J Biomed Mater Res 2002;59:340-8.
4 Rainer A, Giannitelli SM, Abbruzzese F, et al. Fabrication of bioactive
glass-ceramic foams mimicking human bone portions for regenerative
medicine. Acta Biomater 2008;4:362-9.
5 Stevens, MM, George JH. Exploring and engineering the cell surface
interface. Science 2005;310:1135-8.
6 Murugan R, Ramakrishna S. Nano-featured scaffolds for tissue engineering:
a review of spinning methodologies. Tissue Eng 2006;12:435-47.
7 Jang JH, Castano O, Kim HW. Electrospun materials as potential platforms
for bone tissue engineering. Adv Drug Deliv Rev 2009;61:1065-83.
8 Lee EJ, Teng SH, Jang TS, et al. Nanostructured poly(epsilon-caprolactone)silica
xerogel fibrous membrane for guided bone regeneration. Acta
Biomater 2010: 10.1016/j.actbio.2010.03.022.
9 Gavenis K, Schmidt-Rohlfing B, Andereya S, et al. A cell-free collagen
type I device for the treatment of focal cartilage defects. Artif Organs
2010;34:79-83.
10 Spadaccio C, Rainer A, Trombetta M, et al. Poly-L-lactic acid/hydroxyapatite
electrospun nanocomposites induce chondrogenic differentiation of human
MSC. Ann Biomed Eng 2009;37:1376-89.
11 Shang S, Yang F, Cheng X, et al. The effect of electrospun fibre alignment on the
behaviour of rat periodontal ligament cells. Eur Cell Mater 2010;19:180-92.
12 Sun W, Lal P. Recent development on computer aided tissue engineering-a
review. Comput Methods Programs Biomed 2002;67:85-103.
13 Mironov V, Visconti RP, Kasyanov V, et al. Organ printing: tissue
spheroids as building blocks. Biomaterials 2009;30:2164-74.
14 Ovsianikov A, Gruene M, Pflaum M, et al. Laser printing of cells into 3D
scaffolds. Biofabrication 2010;2:014104.
15 Guillemot F, Souquet A, Catros S, et al. High-throughput laser printing of
cells and biomaterials for tissue engineering. Acta Biomater 2009:0.1016/j.
actbio.2009.09.029.