ETD

• bio-printing in situ
• print head
• prototipazione
• prototyping
• testina di stampa

Le patologie al colon retto sono un problema diffuso in Europa e le attuali strategie cliniche prevedono la resezione della mucosa e sottomucosa, con un impatto notevole sulla qualità della vita del paziente. Negli ultimi anni la ricerca si è concentrata sul migliorare l'impatto delle complicazioni post-intervento e sul rigenerare la mucosa e sottomucosa, con particolare interesse verso il bio-printing in situ. In particolare, l’approccio mininvasivo permette di depositare biomateriali direttamente all’interno del paziente con un approccio endoscopico.
La tesi si inserisce nel progetto europeo DAEDALUS, che mira allo sviluppo di una testina per biostampa in situ 4d integrata su un colonoscopio commerciale per la rigenerazione della mucosa e sottomucosa intestinale. Nella tesi si sono sviluppati due prototipi di testina basati su diversi principi di estrusione e funzionamento: uno rigido per materiali a bassa viscosità funzionante ad alta pressione ed uno soft per materiali ad alta viscosità funzionante a bassa pressione e capace di adattarsi alle pareti del colon.
I prototipi sono stati realizzati con materiali biocompatibili, sfruttando tecnologie di fabbricazione additiva. Per entrambi sono state eseguite analisi agli elementi finiti per comprenderne la dinamica. Infine, è stata valutata qualitativamente la loro funzionalità attraverso test di estrusione. In conclusione sono stati sviluppati due prototipi caratterizzati da diversi punti di forza e sfide progettuali e realizzative, offrendo un contributo allo sviluppo preliminare del progetto.

Colorectal diseases are a widespread problem in Europe, and current clinical strategies involve the resection of the mucosa and submucosa, with a significant impact on patients’ quality of life. In recent years, research has focused on reducing post-operative complications and on regenerating the mucosa and submucosa, with particular interest in in situ bioprinting. Specifically, the minimally invasive approach enables the deposition of biomaterials directly inside the patient through an endoscopic procedure.
This thesis is part of the European DAEDALUS project, which aims to develop a 4D in situ bioprinting printhead integrated into a commercial colonoscope for the regeneration of intestinal mucosa and submucosa. Within the thesis, two printhead prototypes based on different extrusion and operating principles were developed: a rigid prototype for low-viscosity materials, operating at high pressure, and a soft prototype for high-viscosity materials, operating at low pressure and capable of adapting to the colon walls.
The prototypes were manufactured using biocompatible materials and additive manufacturing technologies. Finite element analyses were performed for both designs to understand their mechanical behavior. Finally, their functionality was qualitatively evaluated through extrusion tests. In conclusion, two prototypes characterized by different strengths and design and manufacturing challenges were developed, providing a preliminary contribution to the advancement of the project.