L'impression 3D cryogénique améliore la bio-impression pour la régénération osseuse

L'impression 3D cryogénique améliore la bio-impression pour la régénération osseuse

Des chercheurs chinois poursuivent leur quête pour améliorer les méthodes de régénération osseuse, publiant leurs résultats dans «Impression 3D cryogénique d'échafaudages à double délivrance pour une régénération osseuse améliorée avec une vascularisation améliorée».

Un large éventail de projets a vu le jour concernant de nouvelles techniques de régénération osseuse, en particulier au cours des cinq dernières années, l'impression 3D étant de plus en plus ancrée dans le courant dominant et la bio-impression a continué d'évoluer. La régénération osseuse est toujours un défi, et bien que la bio-impression soit encore relativement nouveau en tant que domaine, des progrès impressionnants ont été réalisés grâce à l'expérimentation de nouveaux matériaux, nanotubes et structures innovantes.

La viabilité cellulaire est généralement le plus gros problème. L'ingénierie tissulaire, bien qu'elle connaisse beaucoup plus de succès ces jours-ci, reste un processus extrêmement délicat car les cellules doivent non seulement être cultivées mais également entretenues en laboratoire. Pour cette raison, les scientifiques travaillent toujours à améliorer les structures telles que les échafaudages, car ils sont responsables dans la plupart des cas de soutenir les cellules imprimées. Dans cette étude, les auteurs soulignent la nécessité d'une «excellente ostéogenèse et vascularisation» dans la régénération osseuse.

Dans ce cas, les chercheurs ont utilisé l'impression 3D cryogénique, dans laquelle le changement de phase entre le liquide et le solide est utilisé pour déclencher la polymérisation afin de créer des objets extrêmement doux qui peuvent conserver leur forme. Les auteurs ont imprimé en 3D des échafaudages à double administration en utilisant une combinaison de phosphate tricalcique (β-TCP) et d'un peptide ostéogène (OP) contenant des encres en émulsion composites. L'impression 3D cryogénique a généralement impliqué l'impression 3D d'un matériau gélatineux à basse température, de sorte qu'il soit déposé sous forme solide, ou la congélation de la structure semi-liquide imprimée lors de la fabrication. Ces méthodes aboutissent souvent à des structures plus viables pour l'ingénierie tissulaire et sont devenues plus populaires dans la recherche au cours des dernières années.

Ici, les chercheurs ont agité le matériau TCP pendant 30 minutes dans un bain d'eau glacée (donc «cryogénique») avant de le combiner avec l'OP et de l'imprimer dans une imprimante spécialisée. Les échafaudages résultants ont ensuite été lyophilisés pour éliminer toute eau et les encres en émulsion composites avec lesquelles l'OP a été mélangé. Les échafaudages ont ensuite été enduits de peptide angiogénique (AP) contenant du collagène, gélifiés pendant 30 minutes à 37 ° C et séchés à température ambiante. Alors que l'utilisation de l'OP était destinée à promouvoir l'ostéogenèse, ou la croissance osseuse, l'AP était destinée à promouvoir l'angiogenèse, la formation de nouveaux vaisseaux sanguins.

Illustration schématique de la fabrication d'échafaudages composites TCP / PLGA livrés par AP et OP via l'impression 3D cryogénique et le revêtement d'hydrogel ultérieur. L'échafaudage peut être implanté dans des défauts osseux pour induire une amélioration de la régénération osseuse avec la vascularisation requise.

Au cours de la caractérisation des matériaux, ainsi que des études in vitro et in vivo, les chercheurs ont découvert que les échafaudages de distribution à deux peptides permettaient «d'améliorer la formation de nouveaux os» lorsqu'ils étaient testés sur des rats, ainsi que d'améliorer la vascularisation des tissus.

En étudiant les propriétés mécaniques, les chercheurs ont découvert que l'hydrogel de collagène I présentait une résistance à la compression et un module d'élasticité faibles, tandis que les échafaudages T et TB présentaient une résistance et un module d'élasticité beaucoup plus proches de ceux de l'os humain.

«On a également constaté que le revêtement supplémentaire d'hydrogel de collagène I sur les échafaudages d'ingénierie tissulaire osseuse (c'est-à-dire les échafaudages TV et TVB), seule une légère réduction de la résistance à la compression et du module élastique a été observée, suggérant que l'ingénierie tissulaire osseuse imprimée en 3D cryogénique les échafaudages recouverts d'une fine couche d'hydrogel de collagène I sont mécaniquement adaptés pour réparer / régénérer le tissu osseux défectueux », ont expliqué les chercheurs.

Morphologie et propriétés mécaniques des échafaudages OP / TCP / PLGA et AP / collagène / OP / TCP / PLGA. a) et e): images numériques; (bd, fh): micrographies SEM de différents échafaudages à différents grossissements; (i) les résistances à la compression des échafaudages et des commandes; (j) module d'élasticité des échafaudages et des commandes. T, TV, TB, TVB se réfèrent respectivement à TCP / PLGA, AP / collagène / TCP / PLGA, OP / TCP / PLGA, AP / collagène / OP / TCP / PLGA.

L'étude in vitro a montré une libération rapide d'AP jusqu'à 58% pour les groupes TV et TVB, mais elle a atteint un plateau dix jours plus tard. OP étant libéré des échafaudages TB a montré un «niveau de libération plus soutenu». Cela a été atteint à 79 pour cent après 42 jours.

Comportement de libération in vitro et comportement de dégradation des échafaudages de délivrance à deux peptides. (a) comportement de libération du peptide angiogénique et du peptide ostéogène au cours d'une période d'essai de 42 jours; (b) poids restant des échafaudages et des contrôles d'administration à deux peptides dans une période de test de 8 semaines.

Des études in vivo ont montré que la régénération osseuse ne se manifestait que dans la zone périphérique du défaut crânien chez les rats. Les défauts avec les échafaudages T et TV présentaient une régénération incomplète, tandis que les cavités dans les échafaudages TB étaient remplies de nouveau tissu osseux, à part un espace entre les échafaudages et les défauts. Les échafaudages TVB ont montré une «grande amélioration» avec la régénération des défauts crâniens.

Très probablement, les échafaudages TVB ont montré la plus grande quantité de régénération en raison de l'angiogenèse et de l'ostéogenèse provoquées par «l'effet synergique» de AP et OP. Dans l'ensemble, l'angiogenèse in vitro a été améliorée, tandis que la différenciation ostéogénique in vitro a également été améliorée.

Analyse histologique des tissus régénérés dans les défauts crâniens du rat 3 mois après l'implantation de différents échafaudages par coloration au trichrome de Masson. Notes: «S» représente l'échafaudage; «Flèche rouge» indique le navire; «Étoile jaune» indique le nouvel os et l'ostéoïde. (Pour l'interprétation des références à la couleur dans cette légende de figure, le lecteur est renvoyé à la version Web de cet article.)

[Source / Images: "Impression 3D cryogénique d'échafaudages à double administration pour une meilleure régénération osseuse avec une vascularisation améliorée"]

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