Sviluppo di dispositivi biomedici mediante stampa 3D per colture cellulari e test di farmaco

Le Piastre multi pozzetto, Multiwells o Microplates sono un essenziale strumento da laboratorio utilizzato per effettuare analisi come supporto per la crescita cellulare. Svariati sforzi sono stati compiuti verso l’automazione dei processi di laboratorio, così da ridurre le problematiche legate all’utilizzo delle piastre multiwells, come la riproducibilità, lo spreco di materiale plastico e la necessità di continuo monitoraggio da parte dell’operatore. Attualmente però i risultati ottenuti non sono pienamente soddisfacenti. I ricercatori sono costretti a lavorare in ambienti dove le operazioni di manipolazione di sostanze liquide vengono effettuate manualmente tramite i dispositivi di pipettaggio. Questo tipo di lavoro risulta essere tedioso e soggetto ad errori, in quanto obbliga il ricercatore a tracciare manualmente una quantità significativa di informazioni, come la posizione dei pozzetti, la loro dimensione ed il volume contenuto. Per affrontare questa sfida, abbiamo sviluppato un dispositivo biomedico smart che, ricalcando il design di una piastra multiwell, agevoli l’automazione delle operazioni di pipettaggio e l’esecuzione dei saggi analitici. Interconnettendo i pozzetti tramite un sistema di microfluidica e collegando la stessa a un sistema di pompaggio, il pipettaggio manuale dei campioni all’interno dei pozzetti viene completamente sostituito dal passaggio del liquido all’interno dei canali. Questa configurazione ha il potenziale di rendere completamente automatica l’esecuzione di proliferazioni cellulari e/o test di risposta al farmaco, limitando al minimo l’intervento dell’operatore, evitando errori accidentali ed ottimizzando il tempo di esecuzione dell’esperimento. Lo scopo del lavoro di tesi è di produrre tale dispositivo tramite l’utilizzo di tecniche di Additive Manufacturing, capaci di strutture con geometrie complesse, a partire da un software CAD. In particolare, la metodologia scelta è stata la Stereolitografia Digital Light Processing (DLP). In aggiunta, come ulteriore sfida, la piastra multipozzetto è stata realizzata dalla combinazione di due materiali polimerici diversi: uno che incentivi la proliferazione cellulare, il poly (ethylene glycol) diacrylate 250 (PEGDA 250) ed uno che disincentivi la proliferazione cellulare senza indurre effetti citotossici (TEGORad 2800). Ciò che abbiamo ottenuto è un dispositivo biomedico interamente realizzato tramite stereolitografia DLP che, ricalcando il design di una piastra multipozzetto da 96, integra al suo interno un sistema di microfluidica che permette la connessione pozzetto - pozzetto e piastra - sistema di pompaggio. Oltre a questo, si è riusciti a combinare correttamente i due materiali polimerici all’interno della piastra. Nello specifico, con la resina a base PEGDA 250 sono stati realizzati la base dell’oggetto e il fondo del pozzetto mentre con la resina a base TEGORad 2800 sono stati realizzati i canali per la microfluidica e le pareti dei pozzetti.