Ottimizzazione del processo di biofabbricazione per modelli vascolari in vitro

The Epeius project, funded by the ERC, aims to develop 3D bioprinted, bioresorbable endovascular grafts for the treatment of aortic aneurysms, a major cause of mortality in people over 55 and currently lacking effective therapies. Traditional research relies on in vivo or 2D in vitro models, which suffer from poor reproducibility and limited physiological relevance. Epeius introduces 3D in vitro models created through FRESH bioprinting, a technique that enables the fabrication of complex, stable vascular structures. To improve standardization, this thesis analyzed the FRESH process and identified three critical phases, coating, connection to the perfusion system, and cell viability evaluation, developing specific optimization strategies for each. 1. A basket holder was designed to automate coating, improving reproducibility and reducing operator dependency by over 50%. 2. A coupling module for the perfusion system increased automation and ensured system stability under pressure. 3. A fully automated MATLAB code was created for Live/Dead assay image analysis, enhancing efficiency and reliability. Overall, these improvements significantly increased reproducibility, automation, and standardization, laying the groundwork for a standard protocol in 3D bioprinting and supporting future developments in translational vascular research.

Il progetto Epeius, finanziato dall’ERC, mira a sviluppare endoprotesi endovascolari 3D biostampate e bioassorbibili per il trattamento degli aneurismi aortici, una delle principali cause di mortalità nelle persone oltre i 55 anni e ancora priva di terapie efficaci. La ricerca tradizionale si basa su modelli in vivo o 2D in vitro, che presentano limiti di riproducibilità e scarsa rappresentatività fisiologica. Epeius introduce invece modelli 3D in vitro ottenuti tramite biostampa FRESH, una tecnica che consente la fabbricazione di strutture vascolari complesse e stabili. Per migliorare la standardizzazione, il progetto di tesi ha analizzato il processo FRESH individuando tre fasi critiche, rivestimento (coating), connessione al sistema di perfusione e valutazione della vitalità cellulare, e ha sviluppato strategie specifiche di ottimizzazione per ciascuna. 1. È stato progettato un supporto a cestello per automatizzare la fase di rivestimento, migliorando la riproducibilità e riducendo la dipendenza dall’operatore. 2. È stato realizzato un modulo di accoppiamento per il sistema di perfusione, che ha aumentato l’automazione e garantito la stabilità del sistema sotto pressione. 3. È stato sviluppato un codice MATLAB completamente automatizzato per l’analisi delle immagini del saggio Live/Dead, migliorando efficienza e affidabilità. Nel complesso, questi miglioramenti hanno aumentato significativamente la riproducibilità, l’automazione e la standardizzazione, ponendo le basi per la definizione di un protocollo standard nella biostampa 3D e sostenendo futuri sviluppi nella ricerca vascolare traslazionale.