Bioprinting hydrogels biocompatibles à partir d'encres cellulosiques

Bioprinting hydrogels biocompatibles à partir d'encres cellulosiques

Des chercheurs italiens et suédois renforcent la tendance actuelle à l'amélioration des techniques et des matériaux de bio-impression. Lors du développement de matériaux photodurcissables biosourcés pour l'impression 3D et la bio-impression avec des hydrogels, les auteurs ont publié les détails de leur étude dans «  L'impression 3D DLP rencontre les biopolymères lignocellulosiques: encres carboxyméthylcellulose pour hydrogels biocompatibles 3D ''.

La carboxyméthylcellulose modifiée était au centre de cette expérience de bio-impression avec traitement numérique de la lumière (DLP). Bien que plus couramment utilisée comme charge, la cellulose a été utilisée dans d'autres encres. Commençant la recherche par l'étude des biopolymères lignocellulosiques, les auteurs ont expliqué qu'ils présentaient une gamme d'options pour l'impression avec DLP, tandis que la carboxyméthylcellulose (CMC) est souvent utilisée dans les aliments, la peinture et les détergents. Pour cette raison, il s'agit d'un matériau durable avec une utilité particulière en bio-impression.

Approuvé par la FDA et jugé biocompatible, le CMC est soluble dans l'eau, polyvalent et considéré comme «un candidat idéal pour la préparation de nouvelles résines photodurcissables pour DLP». Ces types de formulations peuvent également imiter les micro-environnements cellulaires en raison de leur composition similaire à celle des glycosaminoglycanes trouvés dans la matrice extracellulaire.

«En raison de sa polyvalence, de ses propriétés avantageuses, de sa solubilité dans l'eau et de sa sensibilité à une fonctionnalisation supplémentaire, nous nous attendions également à ce que la CMC soit un candidat idéal pour la préparation de nouvelles résines photodurcissables pour DLP», ont expliqué les auteurs. "Cependant, l'utilisation de techniques d'impression assistée par la lumière nécessite des groupes fonctionnels photoréticulables réactifs, ce qui signifie que la CMC a besoin d'une fonctionnalisation pour produire une formulation d'encre pour la production d'hydrogels photodurcis en 3D."

«Le CMC a donc été méthacrylé et sa photorhéologie et son imprimabilité DLP ont été étudiées dans deux formulations, à savoir, M-CMC / Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) et M-CMC / water, en présence d'une quantité fixe de lithium phényl-2,4 , Photoinitiateur 6-triméthylbenzoylphosphinate (LAP). »

(A) Schéma de méthacrylation de la carboxyméthylcellulose (CMC). Le produit présenté ne présente qu'un des produits de réaction possibles. (B) FTIR et (C) spectres RMN 1H pour CMC méthacrylée (M-CMC, rouge) et CMC pur (CMC, noir).

Au cours de l'évaluation, les auteurs ont également étudié la compatibilité des hydrogels, avec la M-CMC solubilisée dans un milieu de culture (DMEM). Les propriétés rhéologiques (module de stockage, G ′ et module de perte, G ″) ont été évaluées pendant le durcissement aux UV pour CMC / DMEM / LAP et M-CMC / eau / LAP:

«Bien que la formulation M-CMC / DMEM / LAP ait montré un léger retard par rapport au début du processus de durcissement, le milieu DMEM permettait toujours une pénétration de la lumière suffisante pour le processus de photodurcissement en vue de l'impression 3D», ont déclaré les chercheurs.

Les formulations CMC / DMEM / LAP et M-CMC / eau / LAP se sont avérées stables après 90 s d'irradiation UV. Les hydrogels ont été créés à partir des deux formulations, et jugés «extrêmement prometteurs» par rapport à d'autres matériaux biocompatibles DLP.

(A) Photorhéologie de la carboxyméthylcellulose méthacrylée (M-CMC) 20 mg / mL (2% en poids de phényl-2,4,6-triméthylbenzoylphosphinate de lithium (LAP)) solubilisée dans l'eau (noir) ou dans un milieu de culture (rose). (B) Point de gel. Épaisseur du film 300 m. (C) Balayage de fréquence. Taux de déformation 1% et fréquence d'oscillation de 0,01 à 10 Hz.

Les chercheurs ont créé une variété d'échantillons imprimés en 3D, pour inclure des cylindres, des parallélépipèdes et d'autres structures complexes, tous issus des formulations M-CMC / DMEM / LAP et M-CMC / eau / LAP. Lors d'une évaluation plus poussée, les hydrogels étaient stables, flexibles et la réaction de photoréticulation était terminée. Bien que les colorants puissent être utiles pour limiter la diffusion de la lumière, il existe également un risque de cytotoxicité, ce qui conduit les auteurs à éviter une telle utilisation dans cette étude.

Hydrogels M-CMC imprimés en 3D. (A) Cylindres simples et parallélépipèdes (solvant: eau). (B) L'hydrogel a présenté une bonne flexibilité et maniabilité. (C) Analyse SEM réalisée sur l'hydrogel lyophilisé. (D – F) Objets 3D imprimés à partir d'eau (D) et d'une solution de milieu de culture (E, F).

La réticulation et la réactivité ont été évaluées en outre, ainsi que des tests de compression, une évaluation de la capacité de gonflement et des tests de cytotoxicité pour étudier l'absence de mort cellulaire due à la libération de photoinitiateur LAP ou de chaînes polymères n'ayant pas réagi. En fin de compte, l'équipe de chercheurs a signalé qu'il n'y avait aucun signe de cytotoxicité et, dans l'ensemble, leurs travaux ont été couronnés de succès avec des cellules présentant une viabilité similaire aux échantillons témoins.

Hydrogels M-CMC imprimés en 3D. (A) Cylindres simples et parallélépipèdes (solvant: eau). (B) L'hydrogel a présenté une bonne flexibilité et maniabilité. (C) Analyse SEM réalisée sur l'hydrogel lyophilisé. (D – F) Objets 3D imprimés à partir d'eau (D) et d'une solution de milieu de culture (E, F).

[Source / Images: «L'impression 3D DLP rencontre les biopolymères lignocellulosiques: encres carboxyméthylcellulose pour hydrogels biocompatibles 3D»]

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