Impianti protesici di nuova concezione per l’ odontoiatria restaurativa basati sulla combinazione di stampa 3D e cellule staminali

L’idea progettuale ha l’obbiettivo altamente innovativo di sviluppare impianti protesici di nuova ed unica concezione nel campo dell’ odontoiatria restaurativa. Il fine è quello di mettere a punto una tecnologia di generazione in vitro di un costrutto dentale monoblocco comprensivo di radice e corona utilizzabile quale sostituto dentale protesico, attraverso la combinazione di cellule staminali e biostampa. Il progetto mira a utilizzare la biostampa 3D per produrre un costrutto caricato con cellule staminali e fattori biologici appropriati per ottenere il loro differenziamento in cellule dello smalto (ameloblasti) e della dentina (odontoblasti) organizzate nei diversi strati che caratterizzano un dente naturale. Per raggiungere questo obiettivo diverse fasi di ricerca e sviluppo devono essere condotte : i) sviluppo di bioinchiostri a base di biopolimeri adatti alla biostampa 3D e compatibili biologicamente con la componente cellulare da incapsulare ; ii) scelta ed induzione di cellule staminali adatte al differenziamento nei due diversi tipi tessuti ii) incapsulamento in strutture stampate tridimensionali iv) combinazione fisica in un unico costrutto delle cellule differenziate in odontoblasti e ameloblasti Tale biocostrutto andrebbe a sostituire ed a superare i limiti dei sistemi protesici basati su impianti in titanio e zirconia utilizzati oggi, offrendo il vantaggio di essere totalmente biomimetico e biocompatibile, analogo al dente naturale in termini di resistenza chimica e meccanica, elasticità ed estetica. L’attività di progetto si realizzerà come continuazione e sviluppo di quanto già realizzato nel precedente biennio nell’ambito del progetto finanziato dalla fase 1 programma CALL 4 LIFE SCIENCE FVG. Gli obiettivi già raggiunti sono stati: i) formulazione di un bioinchiostro a base polimerica con performance in termini di stampabilità, biocompatibilità e bioattività superiori a quelli di inchiostri commerciali usati come riferimento, ii) definizione e validazione di un protocollo per l’incapsulamento di cellule all’interno dell’inchiostro, iii) efficace differenziamento in sistemi di cultura 2D di cellule mesenchimali della polpa dentale in odontoblasti iv) efficacie differenziamento in sistemi di cultura 2D di Cellule Staminali Pluripotenti Indotte (iPSC) in ameloblasti. Allo stato attuale si ritiene di aver raggiungo un grado di maturità di tecnologia/prodotto valutabile in una scala TRL tra 3 e 4. Al termine della proposta di progetto qui presentata ci si propone di arrivare alla definizione di un prototipo di struttura dentale completa nelle diverse strutture minerali del dente con idonee caratteristiche meccaniche e strutturali (TRL 5/6).

The project idea has the highly innovative objective of developing prosthetic implants of new and unique conception in the field of restorative dentistry. The aim is to develop a technology for the in vitro generation of a monobloc dental construct including root and crown that can be used as a prosthetic dental substitute, through the combination of stem cells and bioprinting. The project aims to use 3D bioprinting to produce a construct loaded with stem cells and biological factors appropriate to achieve their differentiation into enamel cells (ameloblasts) and dentin cells (odontoblasts) organized in the different layers that characterize a natural tooth. To achieve this objective, several phases of research and development must be carried out: i) development of bioinks based on biopolymers suitable for 3D bioprinting and biologically compatible with the cellular component to be encapsulated; ii) choice and induction of stem cells suitable for differentiation into two different tissue types ii) encapsulation in three-dimensional printed structures iv) physical combination in a single construct of the differentiated cells into odontoblasts and ameloblasts This bioconstruct would replace and overcome the limitations of the prosthetic systems based on titanium and zirconia implants used today, offering the advantage of being totally biomimetic and biocompatible, similar to the natural tooth in terms of chemical and mechanical resistance, elasticity and aesthetics. The project activity will be carried out as a continuation and development of what has already been achieved in the previous two years as part of the project funded by phase 1 of the CALL 4 LIFE SCIENCE FVG program. The objectives already achieved were: i) formulation of a polymer-based bioink with performance in terms of printability, biocompatibility and bioactivity superior to those of commercial inks used as references, ii) definition and validation of a protocol for the encapsulation of cells within the ink, iii) effective differentiation in 2D culture systems of mesenchymal cells of dental pulp into odontoblasts iv) effective differentiation into 2D culture systems of Induced Pluripotent Stem Cells (iPSCs) in ameloblasts. At present, it is believed to have reached a degree of maturity of technology/product that can be assessed on a TRL scale between 3 and 4. At the end of the project proposal presented here, we propose to arrive at the definition of a prototype of a complete dental structure in the different mineral structures of the tooth with suitable mechanical and structural characteristics (TRL 5/6).