L'impression 3D basée sur l'extrusion de biosolides, ou « bioimpression », est une approche prometteuse pour générer des greffes d'ingénierie tissulaire spécifiques au patient. Cependant, un défi majeur dans la bio-impression est que la plupart des matériaux actuellement utilisés n'ont pas la polyvalence nécessaire pour être utilisés dans un large éventail d'applications.

Une nouvelle nanotechnologie a été développée par une équipe de chercheurs de la Texas A&M University qui exploite les interactions colloïdales des nanoparticules pour imprimer des géométries complexes qui peuvent imiter la structure des tissus et des organes. L'équipe, dirigée par le Dr Akhilesh Gaharwar, professeur agrégé et Presidential Impact Fellow au Département de génie biomédical, a introduit des solutions colloïdales de nanosilicates 2D comme plate-forme technologique pour imprimer des structures complexes.

Les nanosilicates 2D sont des nanoparticules inorganiques en forme de disque de 20 à 50 nanomètres de diamètre et de 1 à 2 nanomètres d'épaisseur. Ces nanosilicates forment une structure "château de cartes" au-delà d'une certaine concentration dans l'eau, appelée solution colloïdale.

Ces solutions colloïdales ont des propriétés attrayantes lors de l'étude de la déformation d'un matériau, telles que l'augmentation de la viscosité et de la limite d'élasticité ainsi que l'amincissement par cisaillement, où la viscosité diminue sous contrainte, et le comportement thixotrope, où un matériau se déforme en réponse aux forces appliquées. Le laboratoire Gaharwar exploite les propriétés rhéologiques de ces nanosilicates pour l'impression 3D par extrusion.

Les résultats des recherches de l'équipe ont été publiés dans la revue Bioprinting .

Certains défis majeurs de l'impression 3D par extrusion sont l'incapacité d'imprimer des structures hautes et complexes, car les matériaux mous coulent sous l'effet de la gravité et ne peuvent pas former de structures autoportantes. Pour surmonter ces défis, les chercheurs ont utilisé des nanosilicates colloïdaux et les ont démontrés comme une plate-forme technologique pour la bio-impression en utilisant trois approches différentes.

Dans la première approche, Satyam Rajput, étudiant diplômé en génie biomédical au laboratoire Gaharwar et auteur principal de l'article, a conçu une encre rhéofluidifiante composée de nanosilicates et de polymères hydrosolubles tels que l'agarose, l'alginate, le kappa-carraghénane, la gélatine , gélatine méthacryloyle, polyéthylène glycol et N-isopropyl acrylamide. La formulation d'encre imprimable a montré une bonne fidélité de forme.

Dans la deuxième approche, l'équipe a démontré l'utilisation de nanosilicates comme encre sacrificielle, un instrument conçu pour tomber en panne et être retiré, pour concevoir des dispositifs microfluidiques pour la modélisation in vitro des maladies. Ces dispositifs perfusables peuvent être utilisés pour diverses applications afin d'émuler et d'étudier la physiologie vasculaire et la mécanique des fluides, les modèles de maladies, l'organisation et la fonction des tissus, l'ingénierie tissulaire thérapeutique, les modèles de culture cellulaire 3D et les médicaments de criblage.

Dans la troisième approche, les chercheurs ont utilisé un gel de nanosilicate colloïdal comme bain de support pour l'impression 3D en annulant la tension superficielle et les forces gravitationnelles. Une gamme de structures complexes telles qu'un vaisseau bifurqué, un fémur, un ménisque, une double hélice d'ADN, un cœur et une valve à trois feuillets ont été imprimées à l'intérieur du bain de support.

"La polyvalence des nanosilicates pourrait être largement adoptée dans les domaines de la fabrication additive, de l'ingénierie tissulaire, de l'administration de médicaments et des dispositifs médicaux", a déclaré Gaharwar. + Explorer plus loin

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