I menischi del ginocchio sono cunei macro-strutturalmente semilunari e fungono da cuscinetto congruente tra il condilo femorale e piatto tibiale. Le lesioni del tessuto meniscale e le lacerazioni causate da infortuni sportivi, vecchiaia e incidenti sono una delle principali cause di dolore e disagio tra vari gruppi della popolazione.
Queste lacerazioni portano alla destabilizzazione articolare e a sviluppi osteoartritici se non trattate a lungo termine. Le modalità di trattamento convenzionali includono la resezione chirurgica del menisco parziale o totale che a volte è seguita dall'applicazione di impianti meniscali 3D fabbricati utilizzando materiali naturali, sintetici o ibridi.
La carente guarigione del menisco è dovuta all'assenza di vascolarizzazione nei menischi umani maturi. Questo problema potrebbe essere affrontato caricando gli impianti con fattori di crescita derivati dal plasma del paziente (plasma ricco di piastrine - PRP).
Per la stampa è stata utilizzata una miscela di inchiostri biomateriali fotoreticolabili che comprende metacrilato di fibroina di seta (silkMA), metacrilato di gelatina (gelMA), dimetacrilato di polietilenglicole (PEGDMA), fenil-2,4,6-trimetilbenzoilfosfinato di litio (LAP) come fotoiniziatore e GFRP liofilizzato (plasma ricco di fattori di crescita) in quantità variabili (0, 1, 10, 25, 50 mg per ml di inchiostro).
I costrutti sono stati stampati con una bioprinter BioX (Cellink, Svezia) con un estrusore a temperatura controllata di 18-20 °C, temperatura del letto di stampa di 10 °C, un ugello in acciaio inossidabile da 22 G, una velocità di stampa di 5-8 mm s-1 e pressione pneumatica di 150-180 kPa. Inoltre, queste strutture stampate sono state reticolate utilizzando una sorgente di luce LED visibile (405 nm) in un arco di 60 secondi per produrre costrutti 3D meccanicamente resilienti che imitano la forza nativa del tessuto meniscale umano. L'inchiostro ha mostrato una fedeltà di stampa accettabile e il costrutto fabbricato ha dimostrato la conformità alla forma desiderata.
È stata osservata una risoluzione di stampa appropriata e una distorsione minima per tutti i biomateriali, in particolare la quantità di GFRP ha ridotto l'effetto di instabilità per gli inchiostri GFRP25 e GFRP50. Ciò garantisce una migliore fedeltà della forma e stampabilità degli inchiostri biomateriali.
È stato riscontrato che i costrutti assorbono circa 3 volte il loro peso disidratato entro 30 minuti in soluzione salina e raggiungono lo stato di equilibrio dopo 16 ore, indicando un efficiente assorbimento, essenziale per lo scambio di nutrienti e metaboliti. La morfologia reidratata e le dimensioni dei costrutti stampati erano quasi identiche al loro stato disidratato.
I costrutti sono stati esposti a una deformazione di compressione confinata ciclica iperfisiologica del 20%. Tutti hanno mostrato un modulo di compressione paragonabile o superiore al modulo di equilibrio del tessuto meniscale umano nativo. Tipicamente, i menischi subiscono una deformazione compressiva del 5-15% in condizioni di carico fisiologico, ma anche gli sforzi iper-fisiologici del 20% in modo ciclico hanno riportato esiti adeguati, evidenziando la loro eccellente compatibilità per le applicazioni di ingegneria tissutale del menisco.
Le hwJMSC (cellule mesenchimali derivate dalla gelatina di Wharton) sono state seminate sui gruppi stampati, i quali, sottoposti a valutazione della citotossicità, non hanno mostrato alcuna riduzione della vitalità cellulare e sono risultati supportare la proliferazione cellulare.
A causa della risposta biologica significativamente migliore, il gruppo GFRP25 è stato ulteriormente sottoposto a caratterizzazione fisico-chimica, meccanica e biologica. Esso ha dimostrato una lenta degradabilità prolungata per più di 6 settimane in condizioni enzimatiche e saline. Ulteriormente, la caratterizzazione biologica di GFRP25 facendo uso di hwJMSCs ha rivelato la competenza di differenziazione fibrocondrogenica dei costrutti attraverso la sovraregolazione dei geni fibrocondrogenici e la deposizione dei componenti specifici della matrice extracellulare (ECM) del menisco. Si è scoperto che le cellule sono vitali e distribuite uniformemente lungo i montanti del costrutto.
È stata rilevata, inoltre, un’adeguata espressione genica per quanto riguarda l'aggrecano, il Sox-9, il collagene I e II, i quali sono stati sovraespressi, indice di un processo efficace di differenziazione fibrocondrogenica delle cellule stromali. Allo stesso tempo, è stata osservata una sottoregolazione dei geni osteogenici, come runx-2 e osteocalcina, risultato auspicabile in quanto suggerisce una minore probabilità di formazione ossea ectopica o mineralizzazione dell'innesto.
È dunque evidente che questi dispositivi biostampati consentono la proliferazione cellulare, la diffusione di sostanze nutritive e la resistenza a carichi iperfisiologici, risultando una valida soluzione a problemi legati a lesioni del tessuto meniscale.
Fonte: Wiley online library
