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Bioengineering

3D imprimés Cellulose poreuse Nanocomposite Hydrogel échafaudages

Published: April 24, 2019 doi: 10.3791/59401

Summary

Les trois étapes essentielles du présent protocole sont i) développer la bonne composition et des pores de cohérence de l’encre d’hydrogel de cellulose, ii) 3D impression d’échafaudages dans diverses structures avec fidélité de bonne forme et de dimensions et d’iii) démonstration de la propriétés mécaniques dans des conditions simulées de corps pour la régénération du cartilage.

Abstract

Ce travail démontre l’utilisation des trois dimensions (3D) impression pour produire des échafaudages cubes poreux à l’aide de cellulose nanocomposite hydrogel d’encre, avec la structure de pore contrôlé et les propriétés mécaniques. Nanocristaux de cellulose (CNCs, 69,62 % en poids) encre base hydrogel avec matrice (alginate de sodium et gélatine) a été développé et 3D imprimés en échafaudages avec structure de pores uniforme et dégradé (110-1 100 µm). Les échafaudages ont montré le module de compression de l’ordre de 0,20 à 0,45 MPa lors d’essai simulé des conditions in vivo (dans l’eau distillée à 37 ° C). La taille des pores et le module de compression des échafaudages 3D mis en correspondance avec les exigences requises pour les applications de régénération du cartilage. Ce travail démontre que la cohérence de l’encre peut être contrôlée par la concentration des précurseurs et porosité peut être contrôlée par le procédé d’impression 3D et ces deux facteurs définit en retour la mécanique propriétés du 3D imprimés poreux échafaudage d’hydrogel. Cette méthode de processus peut donc servir pour fabriquer leur structure et une composition personnalisée selon les besoins spécifiques des patients.

Introduction

Cellulose est un polysaccharide composé de chaînes linéaires de β liées unités de D-glucose (1-4). C’est le plus abondant polymère naturel sur terre et est extraite de diverses sources, y compris les animaux marins (p. ex., tuniciers), plantes (bois, coton, paille de blé) et des sources bactériennes, telles que les algues (p. ex., Valonia), les champignons et même amibe (protozoaires )1,2. Nanofibres cellulose (CNF) et les nanocristaux de cellulose (CNC) au moins une dimension à échelle nanométrique est obtenus par hydrolyse acide de la cellulose et de traitements mécaniques. Ils possèdent non seulement les propriétés de la cellulose, tels que les possibilités de modification chimique, faible toxicité, biocompatibilité, biodégradable et renouvelable, mais il possède également des caractéristiques de l’échelle nanométrique comme haute surface spécifique, des propriétés mécaniques élevées , les propriétés rhéologiques et optiques. Ces propriétés attrayantes ont fait CNFs et CNCs adapté aux applications biomédicales, principalement sous la forme de 3 dimensions (3D) hydrogel échafaudages3. Ces échafaudages nécessitent des dimensions personnalisées avec la structure de pore contrôlé et porosité interconnectée. Notre groupe et autres ont signalé des nanocomposites de cellulose poreuse 3D préparé par coulée, électrofilage et lyophilisation4,5,6,7,8. Cependant, contrôler sur la structure de pore et fabrication de géométrie complexe n’est pas atteint par le biais de ces techniques traditionnelles.

L’impression 3D est une technique de fabrication additive, dans lequel les objets 3D sont créés couche par couche par le dépôt contrôlé par ordinateur de l' encre9. Les avantages de l’impression 3D sur les techniques traditionnelles inclut la liberté de conception, contrôlé macro et micro dimensions, fabrication des architectures complexes, de personnalisation et de reproductibilité.  En outre, l’impression 3D du CNFs et CNCs offre également induite par le cisaillement des alignements des nanoparticules, préféré la directionnalité, porosité dégradée et peut facilement être étendu à 3D bioprinting10,11,12, 13 , 14 , 15. la dynamique du CNCs alignement lors de l’impression 3D a été rapporté récemment,16,17. Avancées dans le domaine de bioprinting ont activer 3D tissus imprimés et organes malgré le défi impliqué comme choix et concentration des cellules vivantes et des facteurs de croissance, la composition de l’encre de transporteur, impression des pressions et des diamètres de buse18 ,19,20.

La porosité et la résistance à la compression des échafaudages de régénération du cartilage sont des propriétés importantes qui dicte son efficacité et sa performance. Taille des pores joue un rôle important pour l’adhérence, la différenciation et la prolifération des cellules ainsi que pour l’échange de nutriments et de déchets métaboliques21. Cependant, il n’y a aucune taille de pore précise qui peut être considéré comme une valeur idéale, certaines études ont montré bioactivité supérieure avec des pores plus petits tandis que d’autres ont montré la meilleure régénération du cartilage avec des pores plus grands. Macropores (< 500 µm) faciliter la minéralisation des tissus, l’apport en nutriments et enlèvement des déchets, tandis que les micropores (150-250 µm) faciliter la fixation des cellules et meilleures propriétés mécaniques22,23. L’échafaud implanté doit avoir une intégrité mécanique suffisante du temps de manutention, implantation et jusqu'à l’achèvement de son but désiré. Le module de compression global pour le cartilage articulaire naturel est signalé à être de l’ordre de 0,1-2 MPa selon l’âge, le sexe et emplacement testé4,24,25,26,27 ,28,29.

Dans notre précédent travail11, impression 3D a été utilisée pour fabriquer bioscaffolds poreux d’un double réticulé imbriques réseau polymère (IPN) d’une encre d’hydrogel contenant CNCs renforcées dans une matrice d’alginate de sodium et de la gélatine. La voie de l’impression 3D a été optimisée pour atteindre des échafaudages 3D avec pores uniforme et gradient de structures (80-2 125 µm) où nanocristaux oriente de préférence dans le sens d’impression (degré d’orientation entre 61 à 76 %). Ici, nous présentons la poursuite de ce travail et montre l’effet de la porosité sur les propriétés mécaniques de la 3D imprimés hydrogel échafaudages dans des conditions simulées de corps. CNCs utilisés ici, ont été précédemment rapporté par nous à être cytocompatible et non toxiques (p. ex., la croissance cellulaire après 15 jours d’incubation a été confirmé30). En outre, échafaudages préparé par lyophilisation utilisant le même CNCs, alginate de sodium et de la gélatine a montré une porosité élevée, consommation élevée de solution saline tampon phosphate et cytocompatibility vers les cellules souches mésenchymateuses5. L’objectif de ce travail est de démontrer la transformation d’encre hydrogel, l’impression 3D d’échafaudages poreux et les essais de compression. Schémas de l’itinéraire de traitement est illustré à la Figure 1.

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Protocol

1. préparation des précurseurs

  1. Préparation de la suspension de nanocristaux de cellulose
    NOTE : Isolement des nanocristaux de cellulose se fait conformément à la procédure rapportée par Mathew, et al.,30.
    1. Suspension 17 diluée de % wt de nanocristaux de cellulose à 2 % en poids en ajoutant distillée d’eau pour obtenir un volume total de 2 L. mélanger soigneusement avec des lots plus petits (250-300 mL) ultra sonication et utilisation pour un mixage efficace.
    2. Passer la suspension sonified par le biais de l’homogénéisateur 10 fois à une pression de 500 à 600 bar. À ce stade, un gel transparent épais de nanocristaux de cellulose 2 wt % est obtenu.
    3. Concentré à 2 % de cellulose du wt nanocristaux de gel à 11 % en poids par centrifugations à 24 500 x g pendant 1,5 h. décanter l’eau entre chaque 30 min.
      Remarque : L’expérience peut être suspendu ici.
  2. Préparation des phases de matrice
    1. Préparer une solution homogène 6 wt % d’alginate de sodium (SA) dans l’eau distillée à 60 ° C sous agitation continue.
    2. Préparer une solution homogène de 12 wt % de gélatine (Gel) dans l’eau distillée à 60 ° C sous agitation continue.
      NOTE : Préparer un volume de 20 mL pour les solutions de matrice et mettre au réfrigérateur.
  3. Préparation des agents Réticulants
    1. Préparer la solution 3 wt % de chlorure de calcium dans l’eau distillée à température ambiante sous agitation continue.
    2. Préparer la solution de glutaraldéhyde à % wt 3 dans l’eau distillée à température ambiante sous agitation continue.
      NOTE : Préparer un volume de 50 mL pour les solutions de réticulation et stocker à température ambiante. Se référer à la Table des matières pour les informations sur le fournisseur. Expérience peut être suspendu ici.

2. préparation de l’encre d’hydrogel

  1. Préparer les 40 mL d’encre hydrogel dans un récipient en polystyrène en mélangeant 11 wt % CNC, 6 wt % SA et 12 % en poids de Gel pour obtenir un humide (% poids) composition du CNC/SA/Gel/eau : 6.87/1.50/1.50/90.12.
  2. Porter le mélange à 40 ° C et mélanger avec une spatule jusqu'à l’obtention d’une pâte lisse.
  3. Transférer le mélange dans une seringue de 60 mL. Passer le mélange à travers une série de buses de différents diamètres dans une autre seringue de 60 mL, à l’aide d’une pince mécanique. Répétez l’opération jusqu'à obtient des filaments en douceur extrudés d’encre hydrogel. Commencez avec la buse et le plus grand diamètre de 800 µm, suivie de 600 µm à 400 µm.
  4. Doucement la centrifugeuse (4 000 x g) la seringue remplie avec de l’encre d’hydrogel pour supprimer air emprisonné.
    Remarque : L’expérience peut être suspendu ici.

3. mesure des caractéristiques rhéologiques d’hydrogel

NTE : Exécuter les propriétés rhéologiques à l’aide d’une géométrie de cône-sur-plaque lisse, CP25-2-SN7617, diamètre 25 mm, 2 ° angle nominal et la hauteur de l’écart 0,05 mm à 25 ° C.

  1. Allumez le rhéomètre, le compresseur d’air et le boîtier de commande de température. Initialiser le logiciel.
  2. Monter l’appareil de mesure dans le rhéomètre et affectez zéro-gap.
  3. Extruder environ 1 mL d’encre sur la plateforme de rhéomètre hydrogel.
  4. Mesure de la viscosité en fonction de la vitesse de cisaillement. Sélectionnez la plage de taux de cisaillement de 0.001 à 1 000.
  5. Une fois la mesure terminée, nettoyer la plate-forme rhéomètre et outil de mesure. Extruder 1 mL d’encre hydrogel frais encore une fois sur la plate-forme de rhéomètre.
  6. Mesurer la perte modules (G″) et modules de stockage (G′) comme une fonction de la contrainte de cisaillement à une fréquence de 1 Hz. Sélectionnez la plage de la contrainte de cisaillement de 103 107.
  7. Une fois les tests terminés, copier les données dans le fichier texte et tracer les courbes rhéologiques en échelle logarithmique.

4. déposer la préparation pour l’impression 3D

Remarque : Logiciel de Cura 2.4.0 est utilisé pour la conception des échafaudages 3D (20 mm3) ayant trois types de pores. 1-uniform pores de 0,6 mm, 2-uniforme pores de 1,0 mm et gradient de 3 pores de gamme 0,5 à 1 mm.

  1. Télécharger fichier de stéréolithographie (stl) d’un cube solid depuis thingsinverse.com et ouvrez le fichier dans Cura.
  2. Cliquez sur le modèle chargé et déplacez-le à X/Y/Z : 0/0/0 mm. Cliquez sur échelle, décochez la case pour la mise à l’échelle uniforme et de définir les dimensions de X/Y/Z : 20/20/20 mm. Cliquez sur faire pivoter et tourner le cube à 45 ° dans le plan XY.
  3. Dans le panneau latéral, buse & matériel, sélectionnez 0,4 mm et coller le profil. Sélectionnez l’imprimante Discov3ry complet .
  4. Dans le panneau latéral, sélectionnez personnalisé pour la Configuration de l’impression. Au chapitre de la qualité , entrez 0. 2 mm pour toutes les sous-sections. Sous section de Shell , entrez 0 mm pour toutes les sous-sections. Rubrique matériel , entrez 26 ° C de température, flux de 1 mm de diamètre et 100 %. Au chapitre de la vitesse , entrez 30 mm/s Vitesse d’impression et de 120 mm/s en Vitesse de déplacement. En vertu de la section de l’appui , décochez la case pour Activer la prise en charge. Conformément à l’article Construire plaque adhérence , sélectionnez jupe, entrez 3 mm distance de Jupe et 150 mm longueur Jupe/ras bord Minimum.
  5. Pour échafaudages avec la taille des pores uniforme, entrez 0,6 1 mm Distance de ligne de remplissage , puis sélectionnez Remplissage de grille.
  6. Pour les échafaudages de gradient de porosité, fusion et regroupement outil sont utilisé. Faites un clic droit sur le modèle chargé, certains Modèles multiples, entrez 2 et appuyez sur OK. Chaque maquette comme X/Y/Z : 20/20/7 mm. placer les modèles sur le dessus de l’autre. Entrez Distance de ligne de remplissage 0,3, 0,5 et 0,7 mm pour modèle bas, moyen et supérieur, respectivement. Sélectionnez les trois modèles (Ctrl + A), faites un clic droit et cliquez sur Modèles de groupe.
  7. Enregistrez les modèles sur la carte que Digital (SD). Cura enregistrer automatiquement le fichier gcode qui est lue par l’imprimante.

5. 3D impression échafaudages poreux

  1. Insérez le tube de transfert dans le porte-buse et 400 µm buse y connecter. Niveau de la plaque de construction pour obtenir la bonne distance entre la plaque de construction et de la buse.
  2. Charger la seringue centrifugée dans la cartouche et le connecter à l’autre côté du tube de transfert.
  3. Insérez la carte SD dans l’imprimante, sélectionnez purger rapidement et commencer à purger l’encre hydrogel jusqu'à ce qu’il commence à extruder de la buse. Poursuivre la purge pendant 2-3 min afin d’obtenir un flux homogène.
  4. De la carte SD, sélectionnez les fichiers enregistrés pour échafaudages uniforme et gradient de porosité et lancer l’impression. Gardez un oeil sur le taux d’extrusion. Si nécessaire, ajuster le taux de vitesse et le débit en conséquence. Pour la taille des pores plus petit, utilisez une vitesse plus rapide combinée à faible débit (50 mm/s et 70 %).
    Remarque : Ne touchez pas les échafaudages imprimés 3D.

6. la réticulation de 3D imprimés échafaudages

  1. Après que l’impression 3D est terminée, ajouter doucement gouttes de 3 % en poids CaCl2 au supplice jusqu'à ce qu’il devienne complètement mouillée. Attendre 5 min.
  2. Transvasez très soigneusement l’échafaud de l’imprimante à un réservoir de 50 mL rempli de 3 % en poids de CaCl2. Laisser la nuit.
  3. Laver soigneusement avec de l’eau distillée et transférer l’échafaud dans un réservoir de 50 mL, rempli de 3 wt % de glutaraldéhyde. Laisser la nuit.
  4. Laver soigneusement et entreposer l’échafaud imprimé 3D dans l’eau distillée.

7. essais de compression

Remarque : Effectuez des essais de compression avec 100 peson de N dans l’eau à 37 ° C.

  1. Remplissez le réservoir équipé avec plaque de base de compression submersible avec 2 L d’eau et de démarrer le système de chauffage pour atteindre 37 ° C.
  2. Initialiser le logiciel Bluehill universel et mis en place la méthode d’essai. Géométrie rectangulaire spécimen, choisissez l’option d’entrer les dimensions avant de tester chaque échantillon.  Définir la vitesse de déformation à 2 mm/min et à la fin du résultat comme 80 % de déformation compressive avec 90 force N.
  3. Dans la section de mesure , sélectionnez la force, de déplacement, de contrainte de compression et de compression souche. Choisissez l’option pour exporter les données sous forme de fichiers texte pour le futur tracé.
  4. Définit le point d’extension zéro en utilisant le jog pour abaisser la plaque de crosse aussi près que possible de la plaque de base.
  5. Mesurer et noter les dimensions des échantillons à tester.
  6. Lorsque la température atteint 37 ° C, placez l’échantillon sur la plaque de base.  Fixez l’échantillon par le déplacement de la plaque de crosse afin qu’il commence à toucher l’échantillon.
  7. Remonter l’eau du bain, afin que les plaques avec l’entre-deux échantillon eux sont immergés dans l’eau.
  8. Entrez les dimensions et le nom de l’échantillon. Démarrez le test.
  9. Une fois le test terminé, tout d’abord descendre l’eau du bain et puis soulever la plaque de crosse.
  10. Retirer l’échantillon et ses pièces, cas échéant, nettoyer les deux plaques et charger un nouvel échantillon.
  11. Après que tous les échantillons sont testés, exporter les données brutes. Tracer une contrainte de compression vs courbes déformation compressive et déterminer le module tangent compression à des valeurs de la souche de 1 à 5 % et 25 à 30 %.
    Remarque : Placez le cube dégradé de telle sorte que les plus grands trous face à la plaque de base de papeterie.
    Tout d’abord garantir l’échafaud entre les poignées et ensuite démarrer/arrêter la mesure.

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Representative Results

CNCs basés nanocomposite hydrogel encre montre un fort cisaillement non newtoniens amincissement comportement (Figure 2a). La viscosité apparente de 1,55 × 105 Pa.s à un taux de cisaillement faible (0,001 s-1) descend de cinq ordres de grandeur d’une valeur de 22,60 Pa.s à un taux de cisaillement de 50 s-1 (≈50 s-1 étant un taux de cisaillement typique expérimenté lors de l’impression 3D)31 . L’encre d’hydrogel présente un comportement solide viscoélastique, comme le module de stockage G' (4,42 × 107 Pa) est un ordre de grandeur supérieur à la module de perte G'' (8,26 × 106 Pa) à faible contrainte de cisaillement, d’une valeur de contrainte de rendement dynamique bien définis (G'= G'') de 5,59 × 104 Pa (Figure 2b). La 3D imprimés nanocomposite poreux hydrogel échafaudages sont dans l’illustré en Figure 3. Pour tous les échafaudages imprimés, la forme et les dimensions sont très bien conservées après l’impression, ainsi qu’après réticulation double. La taille des pores des échafaudages, 110-1 100 µm, est de l’ordre de 100 à 400 µm qui est considéré comme une référence pour de régénération du cartilage32.

Les échafaudages imprimés 3D ont été testés en mode de compression. C’est le mode préféré d’essais mécaniques pour les matériaux de cartilage, parce que le rôle du cartilage naturel consiste à porter des charges en compression. Pour simuler les conditions in vivo, les échafaudages ont été testés dans l’eau à 37 ° C. Tableau 1 et Figure 4un représente les données de compression obtenues pour différentes nanocomposite poreux hydrogel échafaudages à un taux de déformation de 2 mm/min. À faible déformation élevées (1-5 %), le module de compression (~ 0,17 MPa) est plus ou moins similaire pour tous les types d’échafaudages poreux. Cela montre que la nature élastique de l’encre hydrogel est conservée même dans les présences des macropores. Toutefois, à des vitesses de déformation élevées (25-30 %), le plus haut module de 0,45 MPa est obtenue pour l’échafaudage de référence avec aucune porosité. Cependant, dès que la taille des pores augmente, le module diminue, en raison de la diminution de densité indiquant la relation attendue entre la porosité des échafaudages et des propriétés mécaniques correspondantes. Dans le cas du gradients échafaudages poreux, le module est supérieur (0,34 MPa) comparativement à des échafaudages poreux uniformes (0,20 et 0,26 MPa) en raison de la présence de la taille des pores plus petite et plus solides murs. En outre, le module de compression de l’hydrogel 3D échafaudages augmente à mesure que les augmentations de taux de compression (Figure 4b), présentant et imitant la viscoélasticité des tissus naturels de cartilage qui est considéré comme favorable pour charge roulement échafaudages33. Le module de compression de 0,20 MPa à vitesse de déformation de 2 mm/min augmente de 0,35 MPa à 5 mm/min et de nouvelles augmentations à 0,47 MPa à 120 mm/min et se trouve dans la plage rapportée pour cartilage naturel (c.-à-d., compression module de 0,1-2 MPa).

Figure 1
Figure 1 . Schémas de l’itinéraire de la transformation. (un) préparation de l’encre d’hydrogel de nanocomposites. échafaudages poreux d’impression 3D (b). (c) Double réticulation de 3D imprimés échafaudages. (d), à la Compression test de 3D échafaudages poreux dans l’eau à 37 ° C. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 2
Figure 2 . Parcelles de log-log d’encre hydrogel nanocomposite. (un) viscosité vs cisaillement taux et (b), G' et G'' par rapport à la contrainte de cisaillement. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 3
Figure 3 . 3D imprimés échafaudages poreux. Echelle : 500 µm. (a) référence sans trous. (b) taille de pore de 1 mm. taille de pore de 0,60 mm (c). (d), Gradient de porosité 110-800 µm. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 4
Figure 4 . Courbes de contrainte-déformation représentative pour la 3D imprimés nanocomposite poreux hydrogel échafaudages. (un) à vitesse de déformation constante de 2 mm/s. (b) à une déformation de différente tarifs pour 1 mm pore échafaudage de taille. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Taille de pore de cible (µm) Taille de pore moyenne (µm) Module de compression à une déformation de 1 à 5 % (MPa) Module de compression à 25-30 % de déformation (MPa)
Référence 0 0.19 ± 0,04 0,45 ± 0,03
1 000 850-1 100 0,17 ± 0,02 0,2 ± 0,01
600 480-650 0,16 ± 0.01 0,26 ± 0,05
Gradient 110-800 0,16 ± 0.01 0,34 ± 0,04

Le tableau 1. Les données de compression pour la 3D imprimées nanocomposite hydrogel échafaudages.

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Discussion

L’impression 3D nécessite adaptés rhéologiques de l’encre d’hydrogel. L’encre de haute viscosité auront besoin des pressions extrêmes pour son extrusion tandis qu’encre faible viscosité ne maintiendra pas sa forme après extrusion. La viscosité de l’encre hydrogel peut être contrôlée par la concentration des ingrédients. Par rapport à notre précédent travail11, la teneur en matières solide de l’encre hydrogel est augmenté de 5,4 à 9,9 % de poids résultant à l’encre de concentré hydrogel qui contribue à améliorer la résolution de l’échafaudage imprimée. On peut noter que, contrairement au CNFs flexibles long, tringle rigide comme CNCs peut produire avec des teneurs plus élevées en solides à une viscosité donnée en raison de l’absence de complications physiques14encres. Un autre aspect important qui affectent l’imprimabilité est l’homogénéité de l’encre. Il a été noté que l’encre d’hydrogel à une température de 40 ° C de chauffage favorise le mélange homogène du CNCs avec la phase de la matrice. Pour mieux garantir la fluidité de l’encre d’hydrogel, il passa à travers une série de buses, commençant par le plus grand diamètre de 800 µm, puis 600 µm et enfin 400 µm. Au cours de ces passages, la buse peut être bouchée qui indique la présence de gros grumeaux, mais après ces passes l’encre hydrogel extrudé sans effort sous la forme d’un filament continu. Le mouvement de la buse afin d’obtenir des constructions imprimées 3D est également de grande importance comme en témoigne notre précédent travail11. La voie de la buse devrait éviter les mouvements répétitifs et dépôts excédentaires de l’encre hydrogel afin de préserver la résolution de l’impression 3D.

La porosité obtenue dans les échafaudages hydrogel imprimés 3D est dans la fourchette acceptable par rapport à la porosité ciblée (tableau 1). Une correspondance exacte ne peut s’attendre en raison de la nature de gonflement de l’encre d’hydrogel.  La cohérence de l’encre hydrogel est un facteur important, surtout quand l’ex situ de réticulation doit être fait, c'est-à-dire réticulation après l’impression de la construction 3D. Il a été noté que l’encre hydrogel était concentrée assez (teneur en matières solide de 9,9 % en poids) pour maintenir sa forme, de structure et de dimensions pendant et après le processus d’impression.

La taille des pores de l’échafaudage joue un rôle essentiel dans les interactions cellulaires, diffusion de l’oxygène et l’élimination des déchets ainsi que de ses propriétés mécaniques à effectuer et à soutenir les fonctionnalités souhaitées. Échafaudages avec gradient porosité ont la capacité de mieux représenter les conditions in vivo réelles où les cellules sont exposées à des couches de tissus différents avec différentes propriétés structurelles22,23,34. La porosité et les propriétés mécaniques sont inversement proportionnels, mais la composition de l’échafaudage hydrogel peut jouer un rôle important. CNCs a été choisi comme le principal ingrédient de l’encre d’hydrogel à cause de ses propriétés mécaniques bien connues de35,2,36. L’encre d’hydrogel fabriqué ici, posséder son élasticité même dans les présences des pores, a une taille de pore optimale (110-1 100 µm) et un module de compression approprié (0,20-0,45 MPa) requis pour des applications de régénération du cartilage.

Tests de compression ont été effectués dans l’eau et à la température corporelle pour imiter les conditions in vivo autant que possibles. Il ne participait aucune étape de séchage entre l’impression 3D et les essais mécaniques. Dans les tissus naturels, on observe un gradient de porosité plutôt que de la taille des pores uniforme un. Le même est vrai pour les valeurs de compression pour les porteurs en tissus naturels, comme le module de compression dépend de l’âge, le sexe et sur l’emplacement d’essai.

L’avantage avec l’étude présentée ici est que la porosité finale et les valeurs de module de compression d’échafaudage poreux 3D peuvent être contrôlées et personnalisés grâce à la composition de l’encre hydrogel et procédé d’impression 3D. Ce protocole est flexible et peut être modifié selon les exigences spécifiques. L’impression 3D est une technique puissante et peut être explorée à l’avenir pour développer des échafaudages avec des caractéristiques structurelles et de compositions complexes. Multi distribution matériel peut introduire la révolution en contrôlant la composition des échafaudages, concentration de cellules ou les facteurs de croissance, les caractéristiques structurelles telles que la directionnalité ou porosité, propriétés mécaniques et la vitesse de dégradation dans les différents pièces des constructions 3D.

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Disclosures

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Acknowledgments

Cette étude est financée par Knut et Alice Wallenberg Foundation (Wallenberg Wood Science Center), Conseil de recherche suédois, VR (Bioheal, 05709-DNR 2016 et 2017 DNR-04254).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
60 mL syringe Structur3D Printing
Alginic acid sodium salt Sigma-Aldrich 9005-38-3
Anhydrous calcium chloride Sigma-Aldrich 10043-52-4
Clamps, three pronged, Talon VWR 241-0404 102 mm, Dual adjustment clamp, large, clamp extension 127 mm
Cura 2.4.0 Ultimaker Free slicing software
Discov3ry Complete Structur3D Printing Ultimaker 2+ 3D printer integrated with Discov3ry paste extruder
Gelatin from bovine skin Sigma-Aldrich 9000-70-8
Glutaraldehyde solution 50 wt. % in H2O Sigma-Aldrich 111-30-8
homogenizer SPX APV-2000
Instron 5960 Instron Instron 5960, Biopuls Bath, 100 N load cell, 37 °C,
Physica MCR 301 rheometer Anton Paar CP25-2-SN7617, gap height 0.05 mm, 25 °C
Sorvall Lynx 6000 centrifuge AB Ninolab s/n 41881692 F12-rotor (6x500 ml)
stainless steel nozzle Structur3D Printing 800, 600 and 400 µm
thingsinverse MakerBot's  sharing and downloading 3D printable things in form of stl files
ultra sonication Qsonica, LLC Q500
Unbarked wood chips Norway spruce(Picea abies) dry matter content of 50–55%

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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