Stampa 3D di scaffold fotoreticolati per rigenerazione ossea a base di olio di soia acrilato bioderivato rinforzati con vetro bioattivo dopato con rame = 3D printing of UV-cured bio-based scaffold for bone regeneration reinforced with copper-doped bioactive glass

In questo studio si è utilizzata una resina epossidica acrilata a base biologica, derivata dall’olio di soia, insieme all’isobornil acrilato, un diluente reattivo, per realizzare uno scaffold composito a matrice polimerica fotoreticolata rinforzato con particelle di vetro bioattivo contenente rame (77S_Cu). La formulazione contiene olio di soia epossidato acrilato (AESO), isobornil acrilato (IBOA), un foto-iniziatore (Irgacure 819) e particelle di vetro bioattivo dopato con rame. La matrice polimerica si è mostrata molto reattiva nei confronti della fotopolimerizzazione radicalica e la fotoreticolazione non è stata particolarmente influenzata dalla presenza di particelle di vetro. Per la realizzazione dei campioni ci si è serviti sia di stampi in silicone sia di una stampante 3D. Le proprietà dei campioni stampati in 3D sono diverse da quelle dei campioni polimerizzati negli stampi. La temperatura di transizione vetrosa (Tg) dei campioni stampati in 3D è più alta rispetto ai campioni realizzati negli stampi, probabilmente a causa del processo di fotoreticolazione “strato per strato” che ha portato a una migliore integrazione tra la matrice polimerica e le particelle di vetro bioattivo. Analisi FESEM (microscopia elettronica a scansione ad emissione di campo) hanno mostrato una distribuzione non del tutto uniforme delle particelle di vetro 77S_Cu sulla superficie dei campioni. Queste infatti tendono ad aggregarsi e ad emergere maggiormente sulla superficie dei campioni rispetto alle particelle di vetro 77S. Le prove a compressione hanno evidenziato che i campioni stampati in 3D contenenti il vetro 77S_Cu presentano un leggero decremento del modulo a compressione rispetto ai campioni contenenti il vetro 77S, ma i valori risultano comunque comparabili. La citocompatibilità e la biocompatibilità sono state valutate utilizzando cellule staminali mesenchimali derivanti dal midollo osseo (BMSC). Si sono analizzate l’attività metabolica e l’adesione cellullare sulla superficie dei campioni, con e senza “pre-soaking”. I risultati hanno mostrato un calo dell’attività metabolica rispetto ai campioni contenenti il vetro 77S, ma i valori senza pre-soaking dopo 24h e 48h si sono comunque mantenuti intorno a livelli accettabili (70-80%). In assenza di pre-soaking anche l’adesione cellulare si è rivelata buona, ma minore rispetto ai campioni contenenti il vetro 77S. Attraverso altri test è stata poi valutata l’attività antibatterica dei campioni contenenti il vetro 77S_Cu nei confronti del ceppo S. Aureus. Tramite analisi dell’attività metabolica dei batteri e conteggio delle unità formanti colonie (CFU) si è potuto notare che il rame ha mostrato un effetto antibatterico, conducendo a una riduzione dell’attività metabolica dello S. Aureus di circa il 50% e a un conteggio delle unità inferiore di quasi due ordini di grandezza. Attraverso imaging FESEM di campioni immersi in SBF (simulated body fluid) per 28gg si è potuta osservare la precipitazione di idrossiapatite sulla superficie dei campioni contenenti il vetro 77S_Cu, dimostrandone l’osteoconduttività. In conclusione, questo studio dimostra l’efficacia antibatterica e la capacità osteogenica di scaffold compositi contenenti un vetro bioattivo drogato con rame stampati in 3D per la rigenerazione ossea e pone buone basi per ulteriori studi e possibili applicazioni future.