Modelli biologici di osteosarcoma realizzati in 3D bioprinting mediante hydrogel a base di chitosano: vantaggi e limiti.

The aim of this experimental thesis was the creation of an osteosarcoma model with the 3D bioprinting technique where a hydrogel based on gelatin and chitosan functionalized with methylfurfuran and cross-linked with Star-PEG-maleimide was used. Osteosarcoma is a malignant bone tumor with frequent and highly invasive metastatic progression which have no resolving therapies at the moment and it is therefore necessary to seek alternative or integrative therapeutic options. A valid one could be the Neutron Capture of Boron Therapy (BNCT), a selective radiotherapy whose feasibility must be verified both in vitro and in vivo on the animal model before its clinical application. The 3D bioprinting models is able to reproduce the tumor microenvironment, and they can represent an alternative to the in vivo model, also satisfying to the 3R principle. In this work we used an extrusion 3d printer and evaluated the printability performance of the hydrogel based on gelatin and chitosan through qualitative and quantitative tests. This biomaterial showed good extrusion, acceptable resolution in printability and construct shape fidelity and the ability of the biomaterial to promote the proliferation of rat osteosarcoma cells (UMR-106) encapsulated in the bioink. The results obtained showed that the hydrogel presents critical issues in maintaining the pre-established structure for times longer than two/three weeks, despite showing a good ability to maintain vitality and promote cell growth.

Lo studio oggetto di questo elaborato di tesi sperimentale è incentrato sulla creazione di un modello di osteosarcoma mediante la tecnica di 3D bioprinting in cui è stato impiegato un hydrogel a base di gelatina e chitosano funzionalizzati con metilfurfurano e reticolato con Star-PEG-maleimmide. L’osteosarcoma è un tumore maligno dell’osso con frequente progressione metastatica ad alta invasività per il quale ad oggi non esistono terapie risolutive ed è pertanto necessario ricercare opzioni terapeutiche alternative o integrative. Una valida opzione potrebbe essere la Terapia per Cattura Neutronica del Boro (BNCT), una radioterapia selettiva la cui fattibilità deve essere verificata sia in vitro che in vivo sul modello animale prima della sua applicazione clinica. I modelli realizzati in 3D bioprinting essendo in grado riprodurre il microambiente tumorale, possono rappresentare un’alternativa al modello in vivo, rispondendo anche al principio delle 3R. In questo lavoro viene utilizzata una stampante 3D ad estrusione e valutata la performance di stampabilità dell’hydrogel gelatina-chitosano 5% attraverso test qualitativi e quantitativi. Questo biomateriale ha mostrato buona estrusione, stampabilità con risoluzione accettabile e fedeltà della forma dei costrutti. È stata inoltre esaminata la capacità del biomateriale di favorire la proliferazione delle cellule UMR-106 di osteosarcoma di ratto incapsulate nel bioink. I risultati ottenuti hanno evidenziato che l’hydrogel in esame presenta delle criticità nel conservare la struttura prestabilita per tempi superiori alle due/tre settimane pur avendo mostrato buone capacità nel mantenere la vitalità e nel favorire la crescita cellulare.