Ingénierie des tissus cartilagineux via la caractérisation et l'application de Bioink à base de carboxyméthyl chitosane

Ingénierie des tissus cartilagineux via la caractérisation et l'application de Bioink à base de carboxyméthyl chitosane

Des chercheurs internationaux poursuivent la tendance à explorer les biomatériaux naturels pour la bioimpression, détaillant leurs résultats dans le récent

Examinant le chitosane en tant qu'ingrédient du bioink dans l'ingénierie des tissus cartilagineux, les auteurs ont réalisé des défis antérieurs dans l'utilisation globale des encres imprimables

La réticulation chimique a également été utilisée par de nombreuses équipes de recherche, utilisant des produits chimiques comme le glutaraldéhyde, le formaldéhyde et le carbodiimide; cependant, de nombreux agents de ce type ont une toxicité élevée, entraînant des réactions négatives. Le chitosane étant un polysaccharide naturel, il est utilisé plus souvent dans les applications de bio-impression.

Diagramme schématique de la préparation et de l'impression d'hydrogel. (a) Première étape: le chitosane réagissant avec l'EDTA, les groupes carboxyle n'ayant pas réagi (vert) participent à l'étape suivante. (b) Deuxième étape: du chitosane supplémentaire est ajouté à la solution et réticulé avec une solution de CaCl2 après impression pour former de l'hydrogel. (c) Méthode d'impression à l'hydrogel.

Pour cette étude, les chercheurs se sont concentrés sur l'ingénierie tissulaire du cartilage, cherchant des moyens de régénérer les cellules:

« Les caractéristiques du chitosane sont similaires à celles de l’acide hyaluronique et des glycosaminoglycanes qui sont largement distribués dans le cartilage natif, et les produits dégradés du chitosane sont impliqués dans la chondrification », ont déclaré les chercheurs. « Cependant, la faible propriété mécanique du chitosane vierge a limité son utilisation ultérieure dans la régénération du cartilage, et la faible solubilité dans l’eau entrave l’utilisation à grande échelle. »

Pour surmonter les obstacles au développement de matériaux contenant du chitosane, les auteurs ont développé de l’encre avec

Bioink a été créé via des méthodes pneumatiques et entraînées par piston (Hkable 3D):

« Afin de maintenir la continuité de la ligne d’hydrogel imprimée et d’éviter le colmatage de l’extrudeuse, le diamètre de l’aiguille utilisée pour l’impression 3D dans ce travail était de 0,5 mm, la pression de l’air était contrôlée par un régulateur précis affilié et réglée à 110 psi, et la vitesse de déplacement de l’extrudeuse a été réglée à 300 mm / min. »

Échantillons imprimés avec différents chitosanes

Quatre échantillons de bioink ont été évalués dans l'étude, comparés au fait que le poids de poudre CE est resté le même pour tous, mais la quantité de chitosane ajoutée a varié. L'expérimentation a révélé que de plus grandes quantités de CE provoquaient un stockage et un module de perte plus élevés, car ils se sont également révélés être le principal facteur d'amélioration de la résistance.

(a) Stockage et (b) module de perte d'hydrogel chitosane / CE. Quatre rapports conjugués Chitosan / CE testés. (c) Module de stockage (G

Effet de la concentration du réticulant sur la rétraction et l'apparence du gel. Images de disques d'hydrogel réticulés avec (a) 0,1 M, (b) 0,5 M, (c) 1 M et (d) 2 M de solution de CaCl2. Les images du haut dans chaque ensemble représentent le précurseur du gel avant la réticulation finale, et les images du bas représentent le gel résultant après la réticulation. Le rapport conjugué chitosane / CE des échantillons présentés est de 90: 10 et le temps de réticulation est de 45 min pour tous les échantillons.

(a) Coloration vivante / morte des chondrocytes. (b) Résultat de la cytométrie en flux de la viabilité cellulaire dans le groupe témoin. (c) Résultat de la cytométrie en flux de la viabilité cellulaire dans le groupe de mailles d'hydrogel. (d) Quantification de la viabilité cellulaire dans les deux groupes. Barre d'échelle = 100

Dans l'ensemble, le bioink a montré la stabilité et les propriétés mécaniques requises pour une gélification rapide et une précision en bio-impression.

«Selon les résultats des tests de rhéologie et de mécanique, les propriétés viscoélastiques et la résistance mécanique du bioink peuvent être ajustées en ajustant les proportions des composants, ce qui fournit une plate-forme pour étendre l’application du bioink dans l’ingénierie tissulaire», ont conclu les auteurs.

«De plus, les études cellulaires avec les chondrocytes montrent que le bioink est biocompatible, et il soutient la prolifération cellulaire et aide les cellules à conserver leur phénotype chondrogène. Nos résultats montrent que le bioink développé a le potentiel d’être adopté pour la bio-impression 3D d’échafaudages pour l’ingénierie tissulaire. »

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