Applicazione di attuatore lineare in lega a memoria di forma per bioreattori di stimolazione meccanica cellulare

Lo stress meccanico svolge un ruolo fondamentale nella regolazione delle funzioni e dei comportamenti cellulari, rendendo i bioreattori capaci di fornire una stimolazione meccanica controllata alle cellule strumenti importanti nella biologia cellulare e nell’ingegneria dei tessuti. In questo studio, è stato condotto un primo studio sullo sviluppo di un bioreattore attuato da un filo in lega a memoria di forma (SMA) capace di fornire una forza di stretching controllata alle piattaforme cellulari. Sono stati condotti test sul filo SMA per valutarne le prestazioni e sono stati ottenuti risultati promettenti, definendo i parametri ideali per lo stretching. Sono stati inoltre progettati e stampati in 3D prototipi di bioreattori con alloggiamenti per le piattaforme e per il filo dell’attuatore. Il primo prototipo è stato in grado di generare uno stretching di quasi il 4%, mentre lo stretching generato dal secondo prototipo non è stato apprezzabile a causa del filo troppo alto rispetto al piano della piattaforma e della rugosità della superficie di scorrimento, limitando il suo utilizzo per quattro piattaforme contemporaneamente. Tuttavia, sono stati identificati i vantaggi del sistema di attuazione a filo SMA, tra cui un design compatto e una rumorosità e vibrazione minime. Questo studio rappresenta un promettente primo passo verso lo sviluppo di un bioreattore capace di fornire una forza di stretching controllata e riproducibile alle piattaforme cellulari. Ulteriori sviluppi per migliorare la geometria e il materiale di stampa del bioreattore potrebbero essere necessari per superare le attuali limitazioni e ottimizzare la stimolazione cellulare.

Mechanical stress plays a crucial role in regulating cellular functions and behaviors, making bioreactors capable of providing controlled mechanical stimulation to cells important tools in cell biology and tissue engineering. In this study, a preliminary investigation was conducted on the development of a bioreactor actuated by a shape memory alloy (SMA) wire capable of providing controlled stretching force to cellular platforms. Tests were conducted on the SMA wire to evaluate its performance and promising results were obtained, defining the ideal parameters for stretching. 3Dprinted bioreactor prototypes with housings for the platforms and actuator wire were also designed. The first prototype was able to generate stretching of almost 4%, while the stretching generated by the second prototype was not appreciable due to the wire being too high compared to the platform and the roughness of the sliding surface, limiting its use for four platforms simultaneously. Nonetheless, advantages of the SMA wire actuation system, including its compact design and minimal noise and vibration, were identified. This study represents a promising initial step towards developing a bioreactor capable of providing controlled and reproducible stretching force to cellular platforms. Further developments to improve the geometry and printing material of the bioreactor may be necessary to overcome current limitations and optimize cell stimulation.