Danni alla cartilagine nel ginocchio: la stampa 3D può aiutarci

Le ginocchia sono sottoposte continuamente a sforzi e sollecitazioni nella vita di tutti i giorni e, in particolare, quando si pratica sport. Infatti il ginocchio è l’articolazione che collega coscia e gamba. Esso permette i movimenti di estensione e flessione della gamba rispetto alla coscia. I movimenti di rotazione, invece, sono limitati dalla presenza dei legamenti crociati e collaterali, anch’essi, generalmente, vittime di infortuni. Le ginocchia sono spesso soggetti a lesioni di vario genere, per riparare le quali spesso si ricorre alla chirurgia. Ma quando si tratta di danni alla cartilagine del ginocchio (gonartrosi) la questione è più complessa. I ricercatori del Wake Forest Institute for Regenerative Medicine (WFIRM), in Nord Carolina, sfruttando la stampa 3D, stanno metendo a punto un costrutto ibrido altamente elastico per la rigenerazione fibrocartilaginea per tentare di riparare i danni della cartilagine nel ginocchio.

L’utilizzo della stampa 3D sta ormai prendendo piede nei più disparati settori: da quello gastronomico, a quello architettonico, nautico, ingegneristico o medico, poiché le possibilità che offre sono molteplici. Basti pensare che l’organizzazione scientifica, ASTM Committee F42 on Additive Manufacturing Technologies, classifica le tecnologie di stampa 3D in 7 gruppi: powder bed fusion, directed energy deposition, sheet lamination, binder jetting, material jetting, material extrusion, vat photopolymerization.

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Materiale per sostituire la cartilagine del ginocchio

I ricercatori del WFIRM hanno realizzato un materiale dalle elevate proprietà meccaniche di trazione e compressione, costituito da un bioink composito. Un bioink è una sostanza costituita da cellule viventi, che possono essere utilizzate per la stampa 3D per modelli di tessuti complessi. I bioink imitano un ambiente a matrice extracellulare per favorire la proliferazione, l’adesione e la differenziazione delle cellule viventi. Essi si distinguono dai biomateriali tradizionali, come idrogel, reti polimeriche e scaffold in schiuma per la loro capacità di essere depositati come filamenti, durante un processo di produzione additivo. 

Per tentare di ripare i danni alla cartilagine del ginocchio, i ricercatori hanno quindi sviluppato un bioink (GG/FB) di gomma gellano e fibrinogeno (una proteina del sangue), che aiuta le cellule a riprodursi e rigenerarsi, unito con uno schema a tratteggio incrociato con fibroina della seta e metacrilato (Sil-ma), una proteina fibrosa, che funge da supporto elastico e resistente. Le proprietà di questi singoli materiali insieme, hanno consentito ai ricercatori di riprodurre egregiamente le caratteristiche della cartilagine integra delle ginocchia.

Risultati della ricerca

In questa ricerca, parte degli esperimenti sulla riparazione dei danni alla cartilagine del ginocchio è stata condotta sui maiali. Per le valutazioni biologiche in vitro, le cellule del menisco primario suine sono state isolate e sospese nel bioink di gomma gellano e fibrinogeno (GG/FB) per il processo di stampa. I risultati mostrano che il bioink in GG/FB ha garantito un microambiente cellulare adeguato per mantenere la vitalità cellulare e la capacità di proliferazione, nonché la maturazione delle cellule del menisco primario del maiale nei costrutti biostampati, aiutando quindi la rigerenazione a seguito di danni subiti alla cartilagine del ginocchio. Mentre il bioink in fibroina di seta e metacrilato (Sil-ma) ha permesso di ottenere una matrice dalle eccellenti proprietà biomeccaniche e dotata di integrità strutturale. Inoltre, in alcuni topi è stato impiantato a livello sottocutaneo il suddetto sistema ibrido biostampato. Esso, dopo 10 settimane dall’intervento, non solo ha determinato la formazione del tessuto fibrocartilagineo, ma non ha subito cambiamenti dimensionali! I risultati, dunque, dimostrano che questo costrutto ibrido, rinforzato meccanicamente con la biostampa, offre un’alternativa versatile e promettente per la produzione di tessuto fibrocartilagineo avanzato.