Valutazione biologica in vitro di scaffold compositi stampati in 3D a base di brushite drogata con zinco e policaprolattone per la rigenerazione ossea guidata

Abstract

Introduzione La rigenerazione ossea guidata richiede biomateriali citocompatibili, bioattivi, stabili e degradabili. Sono stati studiati compositi PCL/brushite stampati in 3D, con brushite drogata con zinco. Obiettivi Sviluppare e valutare dischi con brushite drogata al 2, 5 e 10% Zn per la rigenerazione ossea guidata e analizzare la risposta precoce di cellule staminali/stromali pulpari. Materiali e metodi Il β-tricalcio fosfato drogato con zinco è stato sintetizzato e convertito in brushite mediante reazione acido-base. Le polveri sono state incorporate in policaprolattone per ottenere compositi 80% PCL/20% brushite drogata, estrusi e stampati in 3D con FDM. Le cellule sono state seminate sui dischi, con plastica da coltura come controllo positivo. L’attività metabolica è stata valutata con saggio MTT a 24, 48 e 72 h; adesione, morfologia e distribuzione dopo 7 giorni con colorazione DAPI/eosina e microscopia a fluorescenza. Risultati Il saggio MTT ha mostrato aumento dell’assorbanza nel tempo in tutti i gruppi. A 24 h non sono emerse differenze significative rispetto al controllo. A 48 e 72 h, il 5% Zn ha mostrato attività metabolica maggiore, il 10% Zn valori inferiori e il 2% Zn valori comparabili al controllo. La colorazione DAPI/eosina ha confermato adesione e spreading cellulare su tutti i dischi. Il 5% Zn ha mostrato il profilo più favorevole, con maggiore densità cellulare apparente, confluenza e distribuzione organizzata; il 10% Zn cellule vitali e aderenti ma confluenza ridotta. Conclusioni Nei limiti di questo studio preliminare in vitro, i compositi PCL/brushite stampati in 3D con brushite drogata con zinco hanno mostrato citocompatibilità con cellule staminali/stromali pulpari. La risposta è risultata dipendente dalla concentrazione di zinco, con il 5% Zn associato alla migliore interazione cellula-materiale. Studi su rilascio ionico, differenziamento osteogenico e validazione in vivo sono necessari per confermarne il potenziale rigenerativo.

Introduction Guided bone regeneration requires stable, cytocompatible, bioactive and degradable biomaterials. This thesis investigated 3D-printed PCL/brushite composites based on zinc-doped brushite and polycaprolactone. Objectives To develop and preliminarily evaluate disks containing 2%, 5% and 10% Zn-doped brushite for guided bone regeneration and early dental pulp-derived stem/stromal cell response. Materials and Methods Zinc-doped β-tricalcium phosphate was synthesized and converted into zinc-doped brushite by acid–base reaction. The powders were incorporated into polycaprolactone to obtain 80 wt% PCL/20 wt% zinc-doped brushite composites, extruded as filaments and 3D printed by fused deposition modeling into disks. Cells were seeded on the disks, with tissue culture plastic as positive control. Metabolic activity was assessed by MTT assay at 24, 48 and 72 h. Adhesion, morphology and distribution were evaluated after 7 days by DAPI/eosin staining and fluorescence microscopy. Results MTT assay showed increasing absorbance over time in all groups. At 24 h, no significant differences were observed versus control. At 48 and 72 h, 5% Zn showed significantly higher metabolic activity, whereas 10% Zn showed lower values; 2% Zn remained comparable to control. DAPI/eosin staining confirmed cell adhesion and spreading on all disks. The 5% Zn group showed the most favorable morphology, with higher apparent cell density, greater confluence and organized distribution, whereas 10% Zn showed viable adherent cells but reduced confluence. Conclusions Within the limits of this preliminary in vitro study, 3D-printed PCL/brushite composites containing zinc-doped brushite showed cytocompatibility with dental pulp-derived stem/stromal cells. The response was zinc concentration-dependent, with 5% Zn showing the most favorable cell–material interaction. Further ion-release, osteogenic and in vivo studies are required to confirm the regenerative potential of this scaffold system.