Em engenharia de tecido ósseo (BTE), A impressão 3-D é um método confiável e personalizável usado para reparar defeitos ósseos por meio da produção de andaimes de tecido biomimético. Em um estudo recente publicado online em Engenharia de Tecidos Parte A (Mary Ann Liebert, Inc), Qing Li e uma equipe de cientistas desenvolveram um substituto biomimético mais próximo da estrutura e composição óssea natural para enxerto ósseo. Para este trabalho, eles usaram dois tipos diferentes de materiais de hidroxiapatita (HA):nanoidroxiapatita (nHA) e osso bovino desproteinizado (DBB) disperso em colágeno (CoL) para preparar uma bio-tinta e compósitos de engenharia de nHA / CoL e DBB / CoL como 3-D andaimes impressos.

A reconstrução estética do osso alveolar funcional é um desafio após a perda óssea devido a trauma, inflamação e cirurgia. Os cientistas de materiais podem combinar engenharia de tecidos e biomateriais para promover a regeneração óssea alveolar; um tema cada vez mais popular na medicina regenerativa. A última década viu avanços significativos na tecnologia de impressão 3-D para o reparo de defeitos ósseos personalizados com tradução clínica bem-sucedida usando impressoras a laser de metal. Os méritos da impressão 3-D incluem, em grande parte, o baixo risco de complicações, curto tempo operacional e boa moldagem durante a cirurgia. As propriedades biodegradáveis ​​dos materiais podem orientar a regeneração óssea in situ. Dentre as técnicas disponíveis, a bioimpressão 3D de baixa temperatura (LT-3DP) é ideal para a reconstrução óssea alveolar, pois pode gerar um projeto 3-D específico dos defeitos ósseos do paciente para reconstrução.

O sistema LT-3DP pode projetar vários compostos minerais de polímero com propriedades de material aprimoradas. Os scaffolds porosos 3-D resultantes podem imitar a arquitetura óssea para interações condutoras célula-matriz e permitir o crescimento eficiente de vasos sanguíneos para BTE avançado. O material de polímero nHA selecionado no estudo é um bom candidato para substituir o osso natural, devido à sua alta atividade osteocondutora. O DBB natural é um material ósseo xenógeno alternativo, morfológica e estruturalmente semelhante ao osso esponjoso humano. No presente estudo, Li et al. replicou com sucesso um protocolo previamente estabelecido para a preparação de DBB. O colágeno tipo I (CoL-1) é a proteína estrutural mais abundante no corpo humano e foi, portanto, mais adequado para gerar polímeros compostos na configuração experimental proposta para construções com propriedades biomecânicas aprimoradas.

Li et al. preparou e categorizou as bio-tintas em três grupos como CoL, nHA / CoL e DBB / CoL no estudo. Para projetar os andaimes compostos, os cientistas usaram o bioplotter 3-D (EnvisionTEC, Alemanha). Depois de imprimir o andaime 3-D, eles construíram uma microarquitetura semelhante a uma grade com largura de poro de 600 µm. A microestrutura interna em favo de mel representou as características típicas do osso esponjoso. Os cientistas de materiais testaram primeiro as propriedades físicas e químicas dos dois andaimes compostos de materiais (nHA / CoL e DBB / CoL), seguido por sua biocompatibilidade e impacto osteogênico na diferenciação de células-tronco da medula óssea (BMSC humana) durante as interações célula-material.

Os cientistas usaram métodos padrão de caracterização de materiais, como espectroscopia de fotoelétrons de raios-X (XPS), Difração de pó de raios-X (XRD) e espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) para entender a consistência dos dois compostos, bem como sua diversidade em relação às ligações químicas e fases do cristal. Eles usaram microscopia eletrônica de varredura (SEM) para obter resultados de imagem, que mostraram diferentes morfologias de superfície dos cristais de HA e scaffolds como fatores que afetam a estrutura porosa interna do produto. Especificamente, o módulo de Young do grupo nHA / CoL (7,9 ± 0,3 MPa) foi maior do que o grupo CoL (3,5 ± 0,4 MPa) e o grupo DBB / CoL (4,5 ± 0,7 MPa), indicando maior rigidez dos andaimes compostos nHA / CoL.

Para estudos de biofuncionalização, Li et al. mostraram que as duas estruturas compostas suportaram igualmente a proliferação celular por meio de coloração por imunofluorescência. Por esta, eles usaram anticorpos marcados com fluorescência para manchar e identificar microscopicamente o crescimento de hBMSCs em estruturas de superfície impressa em 3-D. Durante a cultura de células, os cientistas usaram um meio de indução osteogênico (OM) e meio de proliferação (PM). O método de coloração com fosfatase alcalina (ALP) usado para determinar a diferenciação de células-tronco, indicou a expressão de ALP no grupo OM, mas não no grupo PM.

Os cientistas realizaram a reação em cadeia da polimerase em tempo real (RT-PCR) após extrair o RNA total das células-tronco (hBMSCs). Os resultados mostraram os níveis de expressão dos genes relacionados à osteogênese de interesse examinados no estudo. Em comparação com os grupos PM, os genes relacionados à diferenciação osteogênica precoce e tardia; Fator de transcrição relacionado à corrida RUNX2 , Gene 9 da caixa HMG relacionado com SRY SOX9 , osteocalcina OCN e CoL1A1 no grupo OM aumentou significativamente após 7 dias. Desta maneira, os pesquisadores demonstraram a osteogênese e o aumento dos efeitos da formação da matriz extracelular para hBMSCs cultivadas nos andaimes 3-D bioplotados para confirmar a biocompatibilidade da superfície.

Li et al. mostraram que as propriedades físico-químicas e biológicas dos scaffolds bioprinted 3-D contendo nHA / CoL ou DBB / CoL eram bem adequados como materiais de substituição óssea (BSM) em engenharia de tecido ósseo (BTE). A capacidade de imprimir facilmente andaimes personalizáveis ​​em 3-D pode ter potencial para pesquisa translacional da bancada para estudos pré-clínicos e para a clínica no futuro.

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