VOLUMETRIC BIOPRINTING FOR LUNG TISSUE ENGINEERING: TOWARD FETAL LUNG MODELS
Fotocrosslinkbare gelatinederivaten worden veel gebruikt als biomaterialen voor lichtgebaseerde bioprinttechnieken. Tot de meest gevestigde materialen behoren gelatine-methacryloyl (GelMA) en gelatine-norborneen (GelNB), dankzij hun gunstige mechanische eigenschappen, goede verwerkbaarheid en biocompatibiliteit. Voortbouwend op de voordelen van beide systemen werd een dubbel photocrosslinkable gelatinederivaat ontwikkeld, gelatine-methacryloyl-norborneen (GelMANB), dat chain growth - en step growth-polymerisatie combineert. Hiermee wordt de afstembaarheid van het materiaal vergroot voor toepassingen binnen de longweefselengineering.
GelMANB werd gesynthetiseerd en gekarakteriseerd met protonkernspinresonantiespectroscopie (1H-NMR) om de substitutiegraden (DS) van zowel de methacryloyl- als de norborneengroepen te bepalen. Bioresins werden geformuleerd met verschillende polymeerconcentraties en gecrosslinkt met diverse thiolhoudende crosslinkers, waaronder dithiothreitol (DTT), polyethyleenglycoldithiol (PEG2SH), gethioleerde gelatine (GelSH) en een nieuw ontwikkeld gethioleerd elastine (ElnSH). De fysisch-chemische eigenschappen werden geëvalueerd aan de hand van photorheology, tensile test, frequentiesweepanalyses, gel-fractie- en zwelstudies. De verwerkbaarheid werd onderzocht met behulp van volumetric additive manufacturing (VAM). Daarnaast werden celbeladen GelMANB-bioresins gebioprint en werd de biocompatibiliteit geëvalueerd met MRC-5-fibroblasten via post-printing assays voor celviabiliteit en proliferatie.
1H-NMR-analyses bevestigden een succesvolle dubbele functionalisatie van gelatine met een afstembare substitutiegraad. GelMANB vertoonde een breed en controleerbaar spectrum aan mechanische eigenschappen, afhankelijk van de polymeerconcentratie en de gekozen crosslinker. De incorporatie van GelSH resulteerde in stijvere hydrogels, terwijl DTT en ElnSH materialen opleverden met mechanische eigenschappen die beter aansluiten bij die van longweefsel. Opmerkelijk was dat GelMANB/ElnSH-bioresins een hogere cytocompatibiliteit vertoonden dan GelMA-gebaseerde systemen.
Deze resultaten tonen aan dat GelMANB een veelzijdig en celvriendelijk fotocrosslinkbaar biomateriaal is voor lichtgebaseerde bioprinttechnieken. Dankzij de verbeterde afstembaarheid en verhoogde biologische relevantie biedt dit materiaal een veelbelovend platform voor de vervaardiging van fysiologisch relevante longweefselmodellen.
Meer lezen