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Le Bioinchiostri di Cellulosa Stanno Avanzando i Sistemi di Somministrazione di Farmaci 3D

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La cellulosa sta passando da una merce di carta economica e a bassa tecnologia a un elemento costitutivo essenziale della produzione medica di nuova generazione e sostenibile.

When it comes to medicine, natural products have been part of the pharmacopeia since the dawn of civilization, with plants often forming the basis of effective therapies before the invention of chemical drugs.

Per quanto riguarda la medicina, i prodotti naturali fanno parte della farmacopea sin dall’alba della civiltà, con le piante che spesso costituivano la base di terapie efficaci prima dell’invenzione dei farmaci chimici.

Un vantaggio dell’uso di composti biologici è che tendono a interagire bene con il corpo del paziente. Questo è anche il motivo per cui, per molto tempo, materiali come il legno o l’avorio sono stati utilizzati per alcune protesi.

Ai tempi moderni, i ricercatori stanno esplorando il potenziale dei biomateriali per sostituire i polimeri derivati dal petrolio nelle applicazioni mediche.

Una recente pubblicazione di ricercatori della Gomal University (Pakistan) e della Jiangsu University (Cina) sta esplorando come la cellulosa, una delle molecole che compongono il legno, possa essere utilizzata insieme alla stampa 3D per creare bioinchiostri impiegabili nella somministrazione di farmaci, nella stampa 3D di tessuti molli e nella guarigione delle ferite.

They publish their results in the journal Next Materials1, under the title “From biomass to biofabrication: The role of cellulose in sustainable 3D-printed drug delivery system and tissue regeneration”.

Cellulosa Come Il Biomateriale Sostenibile Definitivo

Mentre la cellulosa è prodotta in quantità particolarmente elevate dagli alberi per gli elementi strutturali del legno, è un composto quasi onnipresente nella maggior parte delle piante. In quanto tale, è estremamente sostenibile, poiché viene letteralmente prodotta tramite fotosintesi dall’aria (CO2), dall’acqua e dalla luce solare. Per questo è anche molto economica, come dimostra il basso costo della carta prodotta in massa, costituita da fibre di cellulosa. La cellulosa è inoltre biocompatibile e biodegradabile.

Un polimero di glucosio, la cellulosa, può anche essere stampato in 3D, aprendo la strada a molte nuove applicazioni nel campo medico.

In questo studio, i ricercatori esplorano il potenziale della cellulosa stampata in 3D per numerose applicazioni:

  • Sistemi di somministrazione di farmaci personalizzati.
  • Ingegneria tissutale per nuovi modi di riparare organi e tessuti danneggiati.
  • Testare un farmaco in modelli tissutali artificiali stampati in 3D che replicano l’ambiente in vivo.

Per farlo, hanno esaminato articoli scientifici pubblicati dal 2015 al 2025 che combinavano parole chiave come “cellulose”, “nanocellulose”, “bacterial cellulose”, “3D bioprinting”, “bioinks”, “drug delivery”, “tissue engineering”, “hydrogels” e “stimuli-responsive biomaterials”.

Trasformare la Cellulosa in un Biomateriale Medico

Manipolazione dei Cristalli di Cellulosa

Cellulosa può esistere in due forme, con la maggior parte dei materiali di cellulosa contenenti una combinazione di entrambe le forme delle molecole:

  • Cristallina, che presenta maggiore stabilità e resistenza meccanica.
  • Amorfa, meno strutturata, facilitando le interazioni con altre molecole.

A seconda dell’effetto desiderato, entrambe le forme di cellulosa possono essere utili per applicazioni mediche.

La cellulosa cristallina più stabile presenta tassi di biodegradazione più lenti in vivo, il che è utile per applicazioni che richiedono integrità meccanica a lungo termine, come scaffold per l’ingegneria tissutale, medicazioni per ferite e sistemi di somministrazione di farmaci a rilascio prolungato.

La cellulosa amorfa è più suscettibile all’attacco enzimatico e all’assorbimento di umidità, portando a una degradazione più rapida e a una migliore bioassorbimento per il rimodellamento tissutale.

Questo rende la preparazione della struttura della cellulosa secondo le esigenze specifiche di un’applicazione una parte essenziale di qualsiasi processo che intenda usarla a scopi medici.

“Personalizzare la chimica e la microstruttura della cellulosa è essenziale per ottimizzare la stabilità degli scaffold, le interazioni cellulari, i profili di rilascio terapeutico e le prestazioni complessive della biofabbricazione nelle applicazioni di ingegneria tissutale e medicina rigenerativa.”

Derivati a Base di Cellulosa

Oltre alla cellulosa pura, altri composti derivati dalla cellulosa hanno anche potenziale medico. Ad esempio, carboximetilcellulosa (CMC), idrossipropilmetilcellulosa (HPMC), microcristallina cellulosa (MCC) e nanocellulosa:

  • La CMC è usata come ingrediente stabilizzante e addensante nelle formulazioni dei farmaci.
  • L’HPMC è impiegata per creare formulazioni a rilascio controllato che somministrano lentamente i farmaci al paziente.
  • La MCC è nota per le sue eccellenti proprietà di riempitivo, disintegrazione e legatura nella formulazione di compresse farmaceutiche.
  • La nanocellulosa è un nuovo materiale prezioso per applicazioni di ingegneria tissutale e somministrazione di farmaci grazie alla sua maggiore superficie.

Ad ogni modo, la cellulosa batterica è spesso preferita rispetto alla cellulosa di origine vegetale grazie alla sua alta purezza, resistenza meccanica, ritenzione idrica e biocompatibilità. Può essere usata come scaffold per la biostampa 3D di tessuti sia duri che molli, dalla pelle al muscolo cardiaco, poiché la sua struttura microscopica imita le strutture nanofibrose della matrice extracellulare che supportano la rigenerazione tissutale.

Cellulosa nella Biostampa 3D

Metodi di Biostampa

La biostampa di cellulosa e tessuti con uno scaffold di cellulosa può essere eseguita utilizzando una varietà di metodi, ciascuno più adatto a un tipo specifico di cellulosa.

Ad esempio, i bioinchiostri ricchi di CNF sono particolarmente compatibili con la biostampa a estrusione. Al contrario, la biostampa a getto d’inchiostro richiede l’ottimizzazione della viscosità per funzionare con i bioinchiostri di cellulosa.

La cellulosa non deve necessariamente essere l’unico ingrediente nei bioinchiostri a base di cellulosa. Altri biomateriali possono far parte della miscela per aumentare la sopravvivenza delle cellule incorporate nel bioinchiostro.

“L’aggiunta di nanocristalli di cellulosa ai bioinchiostri a base di gelatina e alginato ha migliorato le loro proprietà meccaniche e aumentato la vitalità cellulare, rendendo queste miscele adatte a una vasta gamma di utilizzi nell’ingegneria tissutale.”

Applicazioni dei Bioinchiostri di Cellulosa

Grazie alla sua struttura modulabile, la cellulosa può essere una soluzione eccellente per personalizzare la velocità e la durata della somministrazione di farmaci.

“Sviluppi recenti nei metodi di lavorazione, come la stampa 3D e l’elettrofilatura, hanno creato nuove opportunità per realizzare dispositivi di somministrazione di farmaci a base di cellulosa con proprietà meccaniche migliorate e profili di rilascio regolabili.”

La cellulosa crea, per l’ingegneria tissutale, uno scaffold prezioso su cui le cellule possono aderire, crescere e formare nuovi tessuti sani, poiché la sua natura porosa consente lo scambio di nutrienti e prodotti di scarto favorendo al contempo l’adesione e la proliferazione cellulare.

Ad esempio, la cellulosa può essere usata per simulare la matrice extracellulare in scaffold di pelle e cartilagine, fornendo una piattaforma per l’integrazione tissutale e l’infiltrazione cellulare. Può anche essere impiegata nella produzione di tessuti artificiali da cellule coltivate in laboratorio.

Questo metodo può essere esteso alla produzione di “modelli organ-on-chip”, una piattaforma per il test di farmaci che replica in vitro il funzionamento degli organi umani.

Un’altra applicazione è la guarigione delle ferite. Quando mescolata con ossido di grafene, la cellulosa dimostra notevoli proprietà antibatteriche. Insieme alla capacità di scaffold che migliora la migrazione e la proliferazione cellulare, ciò significa che i bioinchiostri di cellulosa possono favorire la rigenerazione tissutale, soprattutto per la pelle.

Miglioramenti Futuri

Tra i miglioramenti futuri vi può essere l’uso della cellulosa come materiale scaffold più durevole, insieme a un “template sacrificale”.

“Materiali sacrificali come gelatina, Pluronic F127 o vetro di carboidrati sono co‑stampati insieme a bioinchiostri contenenti cellulosa e successivamente rimossi tramite variazione di temperatura, dissoluzione o processi di lavaggio. Queste architetture porose ingegnerizzate migliorano significativamente la sopravvivenza cellulare, la maturazione tissutale e la vascolarizzazione nei costrutti biostampati spessi.”

Un fattore chiave per scalare qualsiasi metodo di biostampa 3D che utilizzi bioinchiostri di cellulosa sarà anche la creazione di una fornitura ampia e costante di cellulosa che soddisfi requisiti di purificazione prevedibili e stabili, affronti le sfide di sterilizzazione e mantenga la composizione microscopica e l’uniformità.

Investire nella Biostampa

3D Systems

(DDD )

3D Systems è un leader nella stampa 3D, con oltre 1.000 brevetti e la capacità di stampare in 3D 130 materiali, producendo più di un milione di pezzi al giorno. È una delle più grandi aziende di stampa 3D al mondo insieme a Nano Dimension (NNDM ) dopo un periodo di consolidamento del settore.

3D Systems si è spostata precocemente nella biostampa nel 2017 con una collaborazione di ricerca con United Therapeutics (UTHR) per organi e tessuti stampati in 3D. E ha annunciato una collaborazione con CollPlant Biotechnologies (CLGN) nel 2020 e l’acquisizione del produttore di bio‑inchiostri Allevia nel 2021.

L’attività di biostampa si affianca alla stampa 3D di impianti per interventi chirurgici, con un totale cumulativo di 3.000.000 di dispositivi medici a componenti seriali prodotti, oltre a dentiere personalizzate.

Entro la fine del 2025, il segmento sanitario rappresentava quasi la metà del fatturato dell’azienda. L’altra parte è principalmente guidata da applicazioni industriali, con un focus sulla stampa 3D di metalli, soprattutto nel settore aerospaziale, per un totale di 95,5 M$ nel primo trimestre del 2026.

Grazie a un EBITDA positivo all’inizio del 2026, 3D Systems è probabilmente una delle azioni di stampa 3D “più sicure”, in quanto leader nel settore del fiorente segmento della stampa 3D di metalli e già solidamente consolidata nel segmento sanitario, con potenziale per i bioinchiostri e la stampa 3D di crescere fino a diventare un terzo centro di profitto.

Studio di Riferimento

1 . Asma Ashgar, et al. Da biomassa a biofabbricazione: Il ruolo della cellulosa nei sistemi sostenibili di somministrazione di farmaci stampati in 3D e nella rigenerazione tissutale. Next Materials. Volume 13, ottobre D2026, 102601. https://doi.org/10.1016/j.nxmate.2026.102601

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Jonathan è un ex ricercatore di biochimica che ha lavorato nell'analisi genetica e nei trial clinici. Ora è un analista di mercato e scrittore di finanza con un focus su innovazione, cicli di mercato e geopolitica nella sua pubblicazione The Eurasian Century.