A impressão 3D de biossólidos baseada em extrusão, ou "bioimpressão", é uma abordagem promissora para gerar enxertos de engenharia de tecidos específicos do paciente. No entanto, um grande desafio na bioimpressão é que a maioria dos materiais usados ​​atualmente não possui versatilidade para ser usado em uma ampla gama de aplicações.
A nova nanotecnologia foi desenvolvida por uma equipe de pesquisadores da Texas A&M University que aproveita as interações coloidais de nanopartículas para imprimir geometrias complexas que podem imitar a estrutura de tecidos e órgãos. A equipe, liderada pelo Dr. Akhilesh Gaharwar, professor associado e Presidential Impact Fellow no Departamento de Engenharia Biomédica, introduziu soluções coloidais de nanosilicatos 2D como uma tecnologia de plataforma para imprimir estruturas complexas.

Nanossilicatos 2D são nanopartículas inorgânicas em forma de disco com 20 a 50 nanômetros de diâmetro e 1 a 2 nanômetros de espessura. Esses nanossilicatos formam uma estrutura de "castelo de cartas" acima de uma certa concentração em água, conhecida como solução coloidal.

Essas soluções coloidais têm propriedades atraentes ao estudar a deformação de um material, como aumento da viscosidade e tensão de escoamento, bem como afinamento por cisalhamento, onde a viscosidade diminui sob tensão, e comportamento tixotrópico, onde um material se deforma em resposta às forças aplicadas. O Laboratório Gaharwar aproveita as propriedades reológicas desses nanossilicatos para impressão 3D baseada em extrusão.

Os resultados da pesquisa da equipe foram publicados na revista Bioprinting .

Alguns dos principais desafios na impressão 3D baseada em extrusão são a incapacidade de imprimir estruturas altas e complexas, pois materiais macios fluem sob gravidade e não podem formar estruturas autoportantes. Para superar esses desafios, os pesquisadores usaram nanosilicatos coloidais e os demonstraram como uma tecnologia de plataforma para bioimpressão usando três abordagens diferentes.

Na primeira abordagem, Satyam Rajput, estudante de graduação em engenharia biomédica do Laboratório Gaharwar e principal autor do artigo, projetou uma tinta de afinamento de cisalhamento composta de nanosilicatos e polímeros solúveis em água, como agarose, alginato, kappa-carragenina, gelatina , metacriloílo de gelatina, polietilenoglicol e N-isopropil acrilamida. A formulação da tinta imprimível mostrou boa fidelidade de forma.

Na segunda abordagem, a equipe demonstrou o uso de nanossilicatos como tinta de sacrifício, um instrumento projetado para falhar e ser removido, para projetar dispositivos microfluídicos para modelagem de doenças in vitro. Esses dispositivos perfusíveis podem ser usados ​​para várias aplicações para emular e estudar fisiologia vascular e mecânica de fluidos, modelos de doenças, organização e função de tecidos, engenharia de tecidos terapêuticos e modelos de cultura de células 3D e drogas de triagem.

Na terceira abordagem, os pesquisadores utilizaram um gel de nanosilicato coloidal como banho de suporte para impressão 3D, anulando a tensão superficial e as forças gravitacionais. Uma série de estruturas complexas, como um vaso bifurcado, fêmur, menisco, dupla hélice de DNA, coração e válvula trifolheto foram impressas dentro do banho de suporte.

"A versatilidade dos nanossilicatos pode ser amplamente adotada nas áreas de manufatura aditiva, engenharia de tecidos, entrega de medicamentos e dispositivos médicos", disse Gaharwar. + Explorar mais

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