Summary
I tre passaggi critici del presente protocollo sono i) sviluppare la giusta composizione e consistenza dell'inchiostro cellulosa idrogel, ii) stampa di ponteggi in vari 3D poro strutture con fedeltà di buona forma e dimensioni e iii) dimostrazione della Proprietà meccaniche in condizioni simulate di corpo per la rigenerazione della cartilagine.
Abstract
Questo lavoro viene illustrato l'utilizzo della stampa tridimensionale (3D) per produrre porosi ponteggi cubi utilizzando inchiostro di idrogel di cellulosa nanocompositi, con struttura di poro controllata e proprietà meccaniche. Nanocristalli di cellulosa (CNCs, 69,62 wt %) inchiostro base idrogel con matrice (alginato di sodio e gelatina) è stato sviluppato e 3D stampato in impalcature con struttura uniforme e gradienti poro (110-1.100 µm). I ponteggi ha mostrato modulo di compressione nella gamma di 0.20-0.45 MPa quando testati simulato condizioni in vivo (in acqua distillata a 37 ° C). Le dimensioni dei pori e il modulo di compressione di impalcature 3D abbinato con i requisiti necessari per le applicazioni di rigenerazione della cartilagine. Questo lavoro dimostra la coerenza dell'inchiostro può essere controllata dalla concentrazione dei precursori e porosità può essere controllato tramite il processo di stampa 3D che entrambi questi fattori definisce in cambio meccanico proprietà del 3D stampato poroso impalcatura di idrogel. Questo metodo processo può pertanto essere utilizzato per fabbricare ponteggi strutturalmente e compositivamente su misura secondo le esigenze specifiche dei pazienti.
Introduction
La cellulosa è un polisaccaride costituito da catene lineari di β (1-4) unità di D-glucosio collegati. È il polimero naturale più abbondante sulla terra ed è estratta da una varietà di fonti, tra cui animali marini (ad es., tunicati), piante (ad esempio, legno, cotone, paglia di grano) e fonti batteriche, come anche ameba (protozoi, funghi e alghe (ad es., Vallonea) )1,2. Nanofibre di cellulosa (CNF) e cellulosa nanocristalli (CNC) con almeno una dimensione su scala nanometrica sono ottenuti mediante idrolisi acida da cellulosa e trattamenti meccanici. Essi non solo possiede le proprietà di cellulosa, come ad esempio potenziale modificazione chimica, bassa tossicità, biocompatibilità, biodegradabile e rinnovabile, ma ha anche caratteristiche su scala nanometrica come elevata superficie specifica, elevate proprietà meccaniche , proprietà reologiche e ottiche. Queste proprietà attraente hanno fatto CNFs e CNCs adatto per applicazioni biomediche, principalmente sotto forma di 3-dimensionale (3D) idrogel ponteggi3. Queste impalcature richiedono dimensioni su misura con struttura di poro controllata e porosità interconnesse. Il nostro gruppo e altri hanno riportato 3D cellulosa porosa nanocompositi preparati attraverso casting, elettrofilatura e liofilizzazione4,5,6,7,8. Tuttavia, controllare la struttura dei pori e la fabbricazione di geometria complessa non avviene attraverso queste tecniche tradizionali.
La stampa 3D è una tecnica di produzione additiva, in cui vengono creati oggetti 3D a strati attraverso la deposizione di inchiostro9controllati dal computer. I vantaggi della stampa 3D rispetto alle tecniche tradizionali include la libertà di progettazione, controllata macro e micro dimensioni, realizzazione di architetture complesse, la personalizzazione e la riproducibilità. Inoltre, la stampa 3D di CNFs e CNCs offre anche indotta da taglio allineamenti delle nanoparticelle, preferito direzionalità, gradiente porosità e può essere facilmente esteso al 3D multimateriali10,11,12, 13 , 14 , 15. recentemente, la dinamica di CNC allineamento durante la stampa 3D è stato riferito che16,17. Gli avanzamenti nel campo della multimateriali hanno attivare 3D stampati tessuti e organi nonostante la sfida coinvolto come scelta e la concentrazione di cellule viventi e fattori di crescita, composizione dell'inchiostro vettore, stampa di pressioni e diametri ugello18 ,19,20.
La porosità e la resistenza alla compressione di ponteggi rigenerativa della cartilagine sono proprietà importanti che determina la sua efficienza e prestazioni. Dimensione dei pori svolge un ruolo importante per l'adesione, la differenziazione e la proliferazione delle cellule come pure per quanto riguarda lo scambio di sostanze nutritive e rifiuti metabolici21. Tuttavia, non esiste una dimensione definita poro che può essere considerata come un valore ideale, alcuni studi hanno mostrato maggiore bioattività con pori più piccoli, mentre altri hanno mostrato migliore rigenerazione della cartilagine con pori più grandi. Macropori (< 500 µm) facilitare la mineralizzazione del tessuto, apporto di sostanze nutritive e rimozione dei rifiuti mentre micropori (150-250 µm) facilitano l'adesione delle cellule e migliori proprietà meccaniche22,23. L'impalcatura impiantato dovrà avere sufficiente integrità meccanica dal momento della manipolazione, l'impianto e fino al completamento dello scopo desiderato. Il modulo di compressione aggregato per naturale della cartilagine articolare è segnalato per essere nella gamma di 0.1-2 MPa a seconda di età, sesso e posizione valutata4,24,25,26,27 ,28,29.
Nel nostro precedente lavoro11, stampa 3D è stata utilizzata per fabbricare poroso bioscaffolds di un doppio reticolato compenetrante reticolo polimerico (IPN) da un inchiostro di idrogel contenenti CNCs rinforzato in una matrice di gelatina e di alginato di sodio. Via della stampa 3D è stata ottimizzata per ottenere scaffold 3D con strutture di poro uniforme e sfumatura (80-2.125 µm) dove nanocristalli orientano preferibilmente in direzione stampa (grado di orientamento tra 61-76%). Qui, vi presentiamo la continuazione di questo lavoro e viene illustrato l'effetto della porosità sulle proprietà meccaniche del 3D stampato idrogel impalcature in condizioni simulate di corpo. CNC usata qui, sono stati in precedenza riferito da noi di essere citocompatibili e non tossico (cioè, crescita cellulare dopo 15 giorni di incubazione è stato confermato30). Inoltre, la impalcature preparato tramite liofilizzazione utilizzando lo stesso CNCs, alginato di sodio e gelatina hanno mostrato elevata porosità, alto assorbimento di soluzione salina tampone fosfato e citocompatibilità verso cellule staminali mesenchimali5. L'obiettivo di questo lavoro è quello di dimostrare l'elaborazione di inchiostro di idrogel, stampa 3D di scaffold porosi e le prove di compressione. Schemi del percorso di elaborazione è illustrato nella Figura 1.
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Protocol
1. preparazione dei precursori
- Preparazione della sospensione di nanocristalli di cellulosa
Nota: Isolamento della cellulosa nanocristalli avviene secondo la procedura segnalata da Mathew, et al.30.- Diluire 17 wt % di sospensione di nanocristalli di cellulosa a 2% in peso con l'aggiunta di acqua distillata per rendere un volume totale di 2 L. Mix accuratamente utilizzando ultra (250-300 mL) sonicazione e uso di lotti più piccoli per la miscelazione efficiente.
- Passare la sospensione sonified attraverso l'omogeneizzatore 10 volte ad una pressione di 500-600 bar. A questo punto, si ottiene un gel trasparente spesso di 2 wt % cellulosa nanocristalli.
- Concentrato 2 wt % cellulosa nanocristalli NAD a 11 wt % attraverso centrifugazioni a 24.500 x g per 1,5 h. decantare acqua fuori tra ogni 30 min.
Nota: Esperimento può essere messo in pausa qui.
- Preparazione delle fasi di matrice
- Preparare soluzione omogenea di 6 wt % sodio alginato (SA) in acqua distillata a 60 ° C sotto agitazione continua.
- Preparare soluzione omogenea di gelatina di 12 wt % (Gel) in acqua distillata a 60 ° C sotto agitazione continua.
Nota: Preparare un volume di 20 mL per soluzioni matrix e conservare in frigorifero.
- Preparazione di reticolanti
- Preparare la soluzione 3 wt % di cloruro di calcio in acqua distillata a temperatura ambiente sotto agitazione continua.
- Preparare la soluzione di 3% di glutaraldeide wt in acqua distillata a temperatura ambiente sotto agitazione continua.
Nota: Preparare un volume di 50 mL per soluzioni di reticolazione e conservare a temperatura ambiente. Fare riferimento alla Tabella materiali per informazioni sul fornitore. Esperimento può essere messo in pausa qui.
2. preparazione dell'inchiostro di idrogel
- Preparare 40 mL di inchiostro di idrogel in un contenitore di polistirolo con 11 wt % CNC, 6 wt % SA e 12 wt % Gel per ottenere un umido (wt %) composizione di CNC/SA/Gel/acqua: 6.87/1.50/1.50/90.12.
- Scaldare il composto a 40 ° C e mescolare con una spatola fino ad ottenuta una pasta liscia.
- Trasferire il composto in una siringa da 60 mL. Passare il composto attraverso una serie di ugelli con diametri diversi in un'altra siringa da 60 mL, con l'aiuto della pinza meccanica. Ripetere il processo fino a quando sono ottenuti senza intoppi estrusi filamenti di idrogel inchiostro. Iniziare con ugello con diametro più grande di 800 µm, seguita da 600 µm e 400 µm.
- Delicatamente la centrifuga (4.000 x g) la siringa riempita con inchiostro di idrogel per rimuovere intrappolata aria.
Nota: Esperimento può essere messo in pausa qui.
3. misurazione delle proprietà reologiche di idrogel
NTE: Eseguire le proprietà reologiche utilizzando una geometria cono su piastra liscia, CP25-2-SN7617, diametro 25 mm, 2 angolo nominale ° e altezza del traferro 0,05 mm a 25 ° C.
- Attivare il reometro, compressore d'aria e scatola di controllo di temperatura. Inizializzare il software.
- Montare lo strumento di misura in reometro e impostare zero-gap.
- Estrudere circa 1 mL di inchiostro sulla piattaforma reometro idrogel.
- Misurare la viscosità in funzione della velocità di taglio. Selezionare la gamma di frequenza di taglio da 0.001 a 1.000.
- Dopo la misurazione avviene, pulire la piattaforma reometro e strumento di misura. Estrudere 1 mL di inchiostro fresco idrogel nuovamente sulla piattaforma reometro.
- Misura moduli di deposito (g ′) e moduli di perdita (G″) come una funzione della sollecitazione di taglio ad una frequenza di 1 Hz. Selezionare l'intervallo di sollecitazione di taglio da 10 da3 a 107.
- Una volta che le prove sono completate, copiare i dati in file di testo e tracciare curve reologiche in scala logaritmica.
4. preparazione per la stampa 3D del file
Nota: Cura 2.4.0 software viene utilizzato per la progettazione 3D ponteggi (20 mm3) avendo tre tipi di pori. 1-uniforme pori di 0,6 mm, 2-uniforme pori di 1,0 mm e 3-gradiente pori della gamma 0,5-1 mm.
- Scarica il file di stereolitografia (stl) di un cubo solido da thingsinverse.com e aprire il file in Cura.
- Fare clic su modello caricato e spostarlo in X/Y/Z: 0/0/0 mm. Click scala, deselezionare la casella per cambiamento di scala uniforme e impostare le dimensioni di X/Y/Z: 20/20/20 mm. fare clic su ruota e ruotare il cubo di 45 ° nel piano XY.
- Nel riquadro laterale, ugello & materiale, selezionare 0,4 mm e incollare il profilo. Selezionare Discov3ry completa come la stampante.
- Nel riquadro laterale, selezionare personalizzato per Impostazioni di stampa. Nella sezione qualità , immettere 0,2 mm per tutte le sezioni secondarie. Nella sezione di Shell , immettere 0 mm per tutte le sezioni secondarie. Nella sezione materiale , immettere 26 ° C per temperatura, flusso di 1 mm di diametro e 100%. Nella sezione velocità , immettere 30 mm/s come Velocità di stampa e 120 mm/s come Velocità di traslazione. Nella sezione supporto , deselezionare la casella per Abilitare il supporto. Nella sezione Costruire piastra adesione , selezionare gonna, immettere 3 mm come Gonna distanza e 150 mm come lunghezza minima del pannello esterno/tesa.
- Per ponteggi con dimensione dei pori uniforme, immettere 0,6 o 1 mm di Distanza della linea di riempimento e selezionare il Modello di riempimento griglia.
- Per impalcature di gradiente porosità, fusione e raggruppamento strumento viene utilizzato. Fare clic destro il modello caricato, selezionare Più modelli, digitare 2 e premere OK. Scala ogni modello come X/Y/Z: 7/20/20 mm. Posizionare i modelli in cima a vicenda. Immettere Distanza linea di riempimento come 0,3, 0,5 e 0,7 mm per il modello inferiore, medio e superiore, rispettivamente. Selezionare tutti i tre modelli (Ctrl + A), fare clic destro e scegliere Modelli di gruppo.
- Salvare i modelli sulla scheda sicuro Digital (SD). Cura salva automaticamente il file gcode che viene letto dalla stampante.
5. stampa scaffold porosi 3D
- Inserire il tubo di trasferimento portaugello e 400 µm ugello di connettersi ad esso. Livello la piastra di compilazione per ottenere la corretta distanza tra la piastra di compilazione e l'ugello.
- Caricare la siringa centrifugata nella cartuccia e collegarla a altro lato del tubo di trasferimento.
- Inserire la scheda SD nella stampante, selezionate eliminare velocemente e iniziare l'eliminazione dell'inchiostro di idrogel finché inizia a estrudere dall'ugello. Continuare l'eliminazione per 2-3 minuti ottenere un flusso omogeneo.
- Dalla scheda SD, selezionare i file salvati per porosità uniforme e gradienti impalcature e avviare la stampa. Tenere d'occhio la velocità di estrusione. Se necessario, regolare di conseguenza il tasso di velocità e flusso. Per ridurre le dimensioni dei pori, utilizzare velocità combinata con tasso di flusso debole (50 mm/s e il 70%).
Nota: Non toccare le impalcature 3D stampate.
6. reticolazione del 3D stampato ponteggi
- Dopo aver completata la stampa 3D, delicatamente aggiungere gocce del 3% in peso di CaCl2 al patibolo finché diventa completamente bagnato. Attendere 5 min.
- Molto attentamente trasferire il patibolo dalla stampante in un contenitore di 50 mL riempito con 3 wt % di CaCl2. Lasciare tutta la notte.
- Lavare accuratamente con acqua distillata e trasferire il patibolo in un contenitore di 50 mL riempito con 3 wt % glutaraldeide. Lasciare tutta la notte.
- Lavare accuratamente e conservare lo scaffold 3D stampato in acqua distillata.
7. prove di compressione
Nota: Eseguire prove di compressione con cella di carico di 100 N in acqua a 37 ° C.
- Riempire il contenitore dotato di piastra di base di sommergibili compressione con 2 L di acqua e avviare il sistema di riscaldamento per raggiungere i 37 ° C.
- Inizializzare il software Bluehill universale e impostare il metodo di prova. Selezionare la geometria del provino rettangolare e scegliere l'opzione di inserire dimensioni prima del test di ciascun campione. Impostare la velocità di deformazione fino 2 mm/min e alla fine del risultato come 80% deformazione compressiva insieme forza N 90.
- Nella sezione di misura , selezionare forza, spostamento, sollecitazione di compressione e deformazione compressiva. Scegliere l'opzione per esportare i dati come file di testo per la stampa di futuro.
- Impostare il punto zero estensione utilizzando i comandi di jog per abbassare la piastra traversa più vicino possibile alla piastra di base.
- Misurare e annotare le dimensioni dei campioni da testare.
- Quando la temperatura dell'acqua raggiunge a 37 ° C, il campione viene posto sulla piastra di base. Fissare il campione spostando la piastra della traversa in modo che inizia a toccare il campione.
- Spostare il bagno d'acqua, in modo che le piastre con la via di mezzo campione li sono immerse in acqua.
- Specificare dimensioni e nome di esempio. Avviare il test.
- Dopo aver completato il test, prima di spostare il bagno d'acqua verso il basso e poi sollevare la piastra della traversa.
- Rimuovere il campione e relative parti, se presenti, pulire entrambe le piastre e caricare un nuovo campione.
- Dopo tutti i campioni sono testati, esportare i dati grezzi. Tracciare la sollecitazione di compressione vs curve deformazione compressiva e determinare il modulo tangente alla compressione a valori di tensione di 1-5% e 25-30%.
Nota: Posizionare il cubo di gradiente in modo tale che i fori più grandi faccia la piastra di base di cancelleria.
In primo luogo garantire il patibolo tra le impugnature e poi start/stop la misurazione.
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Representative Results
CNC basato su nanocompositi idrogel inchiostro dimostra un forte taglio non newtoniani diradamento comportamento (Figura 2a). La viscosità apparente di 1,55 × 105 PA. s a una velocità di taglio basso (0.001 s-1) gocce di cinque ordini di grandezza per un valore di 22.60 PA. s a una velocità di taglio di 50 s-1 (≈50 s-1 essendo una velocità di taglio tipico con esperienza durante la stampa 3D)31 . L'inchiostro di idrogel esibisce un comportamento solido viscoelastico, come il modulo di deposito G' (4,42 × 107 Pa) è un ordine di grandezza maggiore del modulo di perdita G cm (8,26 × 106 Pa) a bassa sollecitazione di taglio, con un valore di sollecitazione limite di snervamento ben definito dinamico (G'= G cm) di 5,59 × 104 Pa (Figura 2b). Il 3D stampato porosi nanocompositi idrogel ponteggi sono in illustrato nella Figura 3. Per tutti i ponteggi stampati, la forma e le dimensioni sono molto ben conservati dopo la stampa, così come dopo reticolazione doppia. Le dimensioni dei pori di ponteggi, 110-1.100 µm, sono nel range di 100-400 µm che è considerato un punto di riferimento per la rigenerazione di cartilagine32.
I ponteggi stampati 3D sono stati testati in modalità di compressione. Questo è il modo preferito di prove meccaniche per materiali di cartilagine perché il ruolo della cartilagine naturale è quello di sopportare carichi in compressione. Per simulare le condizioni in vivo, la impalcature sono state testate in acqua a 37 ° C. Tabella 1 e Figura 4un rappresenta il compressione dati ottenuti per diverse porosi nanocompositi idrogel ponteggi ad un tasso di deformazione di 2 mm/min. Alle velocità di deformazione bassa (1-5%), il modulo di compressione (~ 0.17 MPa) è più o meno simili per tutti i tipi di scaffold porosi. Questo dimostra che la natura elastica dell'inchiostro idrogel è conservata anche nelle presenze dei macropori. Tuttavia, alla alta velocità di deformazione (25-30%), il più alto carico di rottura 0.45 MPa si ottiene per ponteggio di riferimento con nessuna porosità. Tuttavia, appena aumenta la dimensione dei pori, il modulo diminuisce, a causa della diminuzione nella densità che indica la relazione prevista tra porosità di impalcature e la corrispondente proprietà meccaniche. In caso il gradiente scaffold porosi, il modulo è maggiore (0.34 MPa) rispetto alla uniforme scaffold porosi (0,26 e 0.20 MPa) a causa della presenza di più piccole dimensioni dei pori e più solide mura. Inoltre, il modulo di compressione dell'idrogel 3D ponteggi aumenta con l'aumentare del tasso di compressione (Figura 4b), esibizione e che imita la viscoelasticità dei tessuti naturali della cartilagine che è considerata favorevole per carico cuscinetto ponteggi33. Il modulo di compressione di 0.20 MPa a velocità di deformazione di 2 mm/min aumenta a 0.35 MPa a 5 mm/min e aumenta ulteriormente a 0,47 MPa a 120 mm/min ed è nell'intervallo segnalato per cartilagine naturale (cioè, modulo di compressione di 0,1-2 MPa).
Figura 1 . Schemi del percorso elaborazione. (a) preparazione dell'inchiostro idrogel nanocompositi. (b) 3D stampa scaffold porosi. (c) doppia reticolazione del 3D stampato impalcature. (d) compressione test di scaffold porosi 3D in acqua a 37 ° C. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2 . Trame di registro-registro dei nanocompositi idrogel inchiostro. (un) viscosità vs shear rate e (b), G' e G ' vs shear stress. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3 . 3D stampato scaffold porosi. Scala: 500 µm. (un) riferimento senza i fori. (b) formato del poro di 1 mm. (c) formato del poro di 0,60 mm. (d) pendenza porosità 110-800 µm. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4 . Curve sforzo-deformazione rappresentativo per 3D stampato porosi nanocompositi idrogel impalcature. (un) alla velocità di deformazione costante di 2 mm/s. (b) al ceppo diverso tariffe per 1mm poro impalcatura di dimensione. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
| Dimensione dei pori di destinazione (µm) | Dimensione media dei pori (µm) | Modulo di compressione al 1-5% di deformazione (MPa) | Modulo di compressione al 25-30% di deformazione (MPa) |
| Riferimento | 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 |
| Gradiente | 110-800 | 0,16 ± 0.01 | 0,34 ± 0,04 |
Tabella 1. Compressione dati per 3D stampati nanocompositi idrogel impalcature.
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Discussion
Stampa 3D richiede adatto proprietà reologiche dell'idrogel inchiostro. L'inchiostro di alta viscosità richiede pressioni estreme per sua estrusione mentre inchiostro bassa viscosità non manterrà la sua forma dopo l'estrusione. La viscosità dell'inchiostro idrogel può essere controllata attraverso la concentrazione degli ingredienti. Rispetto al nostro precedente lavoro11, il contenuto di solidi dell'inchiostro idrogel è aumentato da 5.4 a 9,9% wt conseguente inchiostro concentrato idrogel che contribuisce a migliorare la risoluzione dell'impalcatura stampato. Si può osservare che, a differenza di CNFs lungo e flessibile, asta rigida come CNCs può produrre inchiostri con contenuto solido superiore a una determinata viscosità a causa delle assenze di coinvolgimenti fisici14. Un altro aspetto importante che influenzano la stampabilità è l'omogeneità dell'inchiostro. È stato notato che l'inchiostro di idrogel ad una temperatura di 40 ° C di riscaldamento favorisce la miscelazione omogenea di CNC con la fase di matrice. Per garantire ulteriormente la fluidità dell'inchiostro idrogel, passò attraverso una serie di ugelli, a partire dal diametro più grande di 800 µm, poi 600 µm e infine 400 µm. Durante questi passaggi, l'ugello può essere ostruito che indica le presenze di grossi grumi ma dopo questi passaggi l'inchiostro di idrogel estruso senza sforzo sotto forma di un filamento continuo. Il movimento di ugello per ottenere 3D stampati costrutti è anche di grande importanza, come indicato dal nostro precedente lavoro11. Il pathway di ugello dovrebbe evitare movimenti ripetitivi e deposizioni in eccesso di inchiostro idrogel affinché la risoluzione della stampa 3D viene mantenuta.
La porosità ottenuta in impalcature 3D stampato idrogel è nel range accettabile rispetto alla porosità mirata (tabella 1). Una corrispondenza esatta non può essere previsto a causa della natura gonfiore dell'inchiostro idrogel. La consistenza dell'inchiostro idrogel è un fattore importante soprattutto quando ex situ reticolazione deve essere fatto, cioè reticolazione dopo la stampa del costrutto 3D. È stato notato che l'inchiostro di idrogel era concentrata abbastanza (contenuto solido del 9,9% in peso) per mantenere la sua forma, struttura e dimensioni durante e dopo il processo di stampa.
Il formato del poro dell'impalcatura svolge un ruolo essenziale in interazioni delle cellule, la diffusione dell'ossigeno e la rimozione dei rifiuti insieme alle sue proprietà meccaniche per eseguire e supportare la funzionalità desiderata. Scaffold con porosità gradiente hanno la capacità di rappresentare al meglio le reali condizioni in vivo, dove le cellule sono esposte agli strati di diversi tessuti con diverse proprietà strutturali22,23,34. La porosità e le proprietà meccaniche sono inversamente proporzionali, ma la composizione dell'impalcatura idrogel può giocare un ruolo importante. CNC è stato selezionato come l'ingrediente principale dell'inchiostro idrogel a causa delle sue ben note proprietà meccaniche2,35,36. L'inchiostro di idrogel fabbricato qui, possedere la sua elasticità anche nelle presenze dei pori, ha una dimensione ottimale dei pori (110-1.100 µm) e un modulo di compressione adatto (0.20-0.45 MPa) richiesto per le applicazioni di rigenerazione della cartilagine.
Prove di compressione è stato fatto in acqua e a temperatura corporea per imitare le condizioni in vivo per quanto possibile. Non c'era nessuna fase di asciugatura coinvolti tra stampa 3D e proprietà meccaniche. In tessuti naturali, una sfumatura di porosità è osservata piuttosto che un diametro dei pori uniforme. Lo stesso vale per i valori di compressione per portante tessuti naturali, come il modulo di compressione dipende da età, sesso e nella posizione valutata.
Il vantaggio con lo studio presentato qui è che i valori di modulo di compressione dello scaffold porosi 3D e porosità finale possono essere controllati e personalizzati attraverso idrogel inchiostro composizione e processo di stampa 3D. Questo protocollo è flessibile e può essere modificato secondo le esigenze specifiche. La stampa 3D è una tecnica potente e può essere esplorata in futuro sviluppare impalcature con le complesse caratteristiche strutturali e composizionali. Multi materiale erogazione può introdurre rivoluzione controllando la composizione delle impalcature, concentrazione di cellule o fattori di crescita, caratteristiche strutturali quali direzionalità o porosità, proprietà meccaniche e tasso di degradazione in diversi parti dei costrutti 3D.
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Disclosures
Gli autori non hanno nulla a rivelare.
Acknowledgments
Questo studio è stato sostenuto finanziariamente da Knut e Alice Wallenberg Foundation (Wallenberg legno Science Center), Consiglio di ricerca svedese, VR (Bioheal, 05709 DNR 2016 e 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% |
References
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