Name: 3d printed porous cellulose nanocomposite hydrogel scaffolds
Uploaded: 2019-04-24T13:00:00
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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).

1. préparation des précurseurs
<ol><li>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.<ol>
<li>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.</li>
...

<ol>
	<li>Moon, R. J., Martini, A., Nairn, J., Simonsen, J., Youngblood, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cellulose+nanomaterials+review:+structure,+properties+and+nanocomposites.">Cellulose nanomaterials review: structure, properties and nanocomposites.</a> Chemical Society Reviews. 40 (7), 3941-3994 (2011).</li><li>Dufresne, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanocellulose:+a+new+ageless+bionanomaterial.">Nanocellulose: a new ageless bionanomaterial.</a> Materials Today. 16 (6), 220-227 (2013).</li><li>Chinga-Carrasco, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Potential+and+limitations+of+nanocelluloses+as+components+in+biocomposite+inks+for+three-dimensional+bioprinting+and+for+biomedical+devices.">Potential and limitations of nanocelluloses as components in biocomposite inks for three-dimensional bioprinting and for biomedical devices.</a> Biomacromolecules. 19 (3), 701-711 (2018).</li><li>Naseri, N., Poirier, J., Girandon, L., Fr&#246;hlich, M., Oksman, K., Mathew, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3-Dimensional+porous+nanocomposite+scaffolds+based+on+cellulose+nanofibers+for+cartilage+tissue+engineering:+tailoring+of+porosity+and+mechanical+performance.">3-Dimensional porous nanocomposite scaffolds based on cellulose nanofibers for cartilage tissue engineering: tailoring of porosity and mechanical performance.</a> Royal Society of Chemistry Advances. 6 (8), 5999-6007 (2016).</li><li>Naseri, N., Deepa, B., Mathew, A. P., Oksman, K., Girandon, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanocellulose-Based+Interpenetrating+Polymer+Network+(IPN)+Hydrogels+for+Cartilage+Applications.">Nanocellulose-Based Interpenetrating Polymer Network (IPN) Hydrogels for Cartilage Applications.</a> Biomacromolecules. 17 (11), 3714-3723 (2016).</li><li>Naseri, N., Mathew, A. P., Girandon, L., Fr&#246;hlich, M., Oksman, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Porous+electrospun+nanocomposite+mats+based+on+chitosan-cellulose+nanocrystals+for+wound+dressing:+effect+of+surface+characteristics+of+nanocrystals.">Porous electrospun nanocomposite mats based on chitosan-cellulose nanocrystals for wound dressing: effect of surface characteristics of nanocrystals.</a> Cellulose. 22 (1), 521-534 (2015).</li><li>Xing, Q., Zhao, F., Chen, S., McNamara, J., DeCoster, M. A., Lvov, Y. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Porous+biocompatible+three-dimensional+scaffolds+of+cellulose+microfiber/gelatin+composites+for+cell+culture.">Porous biocompatible three-dimensional scaffolds of cellulose microfiber/gelatin composites for cell culture.</a> Acta Biomaterialia. 6 (6), 2132-2139 (2010).</li><li>Nandgaonkar, A., Krause, W., Lucia, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+cellulosic+composite+scaffolds+for+cartilage+tissue+engineering.">Fabrication of cellulosic composite scaffolds for cartilage tissue engineering.</a> Nanocomposites for musculoskeletal tissue regeneration. , 187-212 (2016).</li><li>Gross, B. C., Erkal, J. L., Lockwood, S. Y., Chen, C., Spence, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+3D+printing+and+its+potential+impact+on+biotechnology+and+the+chemical+sciences.">Evaluation of 3D printing and its potential impact on biotechnology and the chemical sciences.</a> Analytical Chemistry. 86 (7), 3240-3253 (2014).</li><li>Markstedt, K., Mantas, A., Tournier, I., Marti&#769;nez A&#769;vila, H., Ha&#776;gg, D., Gatenholm, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+bioprinting+human+chondrocytes+with+nanocellulose-alginate+bioink+for+cartilage+tissue+engineering+applications.">3D bioprinting human chondrocytes with nanocellulose-alginate bioink for cartilage tissue engineering applications.</a> Biomacromolecules. 16 (5), 1489-1496 (2015).</li><li>Sultan, S., Mathew, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+printed+scaffolds+with+gradient+porosity+based+on+a+cellulose+nanocrystal+hydrogel.">3D printed scaffolds with gradient porosity based on a cellulose nanocrystal hydrogel.</a> Nanoscale. 10, 4421-4431 (2018).</li><li>Sultan, S., Siqueira, G., Zimmermann, T., Mathew, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+printing+of+nano-cellulosic+biomaterials+for+medical+applications.">3D printing of nano-cellulosic biomaterials for medical applications.</a> Current Opinion in Biomedical Engineering. 2, 29-34 (2017).</li><li>Sultan, S., Abdelhamid, H. N., Zou, X., Mathew, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CelloMOF:+Nanocellulose+Enabled+3D+Printing+of+Metal-Organic+Frameworks.">CelloMOF: Nanocellulose Enabled 3D Printing of Metal-Organic Frameworks.</a> Advanced Functional Materials. , 1805372-1805384 (2018).</li><li>Siqueira, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cellulose+Nanocrystal+Inks+for+3D+Printing+of+Textured+Cellular+Architectures.">Cellulose Nanocrystal Inks for 3D Printing of Textured Cellular Architectures.</a> Advanced Functional Materials. 27 (12), 1604619-1604629 (2017).</li><li>Wang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=All-in-One+Cellulose+Nanocrystals+for+3D+Printing+of+Nanocomposite+Hydrogels.">All-in-One Cellulose Nanocrystals for 3D Printing of Nanocomposite Hydrogels.</a> Angewandte Chemie International Edition. 57 (9), 2353-2356 (2018).</li><li>Hausmann, M. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamics+of+Cellulose+Nanocrystal+Alignment+during+3D+Printing.">Dynamics of Cellulose Nanocrystal Alignment during 3D Printing.</a> ACS Nano. 12 (7), 6926-6937 (2018).</li><li>Liu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoscale+assembly+of+cellulose+nanocrystals+during+drying+and+redispersion.">Nanoscale assembly of cellulose nanocrystals during drying and redispersion.</a> ACS Macro Letters. 7 (2), 172-177 (2018).</li><li>Murphy, S. 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A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+tissue+engineering+in+articular+cartilage+repair+and+regeneration.">The role of tissue engineering in articular cartilage repair and regeneration.</a> Critical Reviews&#8482; in Biomedical Engineering. 37 (1-2), (2009).</li><li>Athanasiou, K., Rosenwasser, M., Buckwalter, J., Malinin, T., Mow, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interspecies+comparisons+of+in+situ+intrinsic+mechanical+properties+of+distal+femoral+cartilage.">Interspecies comparisons of in situ intrinsic mechanical properties of distal femoral cartilage.</a> Journal of Orthopaedic Research. 9 (3), 330-340 (1991).</li><li>Schinagl, R. M., Gurskis, D., Chen, A. C., Sah, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Depth-dependent+confined+compression+modulus+of+full-thickness+bovine+articular+cartilage.">Depth-dependent confined compression modulus of full-thickness bovine articular cartilage.</a> Journal of Orthopaedic Research. 15 (4), 499-506 (1997).</li><li>Athanasiou, K., Niederauer, G., Schenck, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomechanical+topography+of+human+ankle+cartilage.">Biomechanical topography of human ankle cartilage.</a> Annals Biomedical Engineering. 23 (5), 697-704 (1995).</li><li>Athanasiou, K. A., Liu, G. T., Lavery, L. A., Lanctot, D. R., Schenck, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomechanical+topography+of+human+articular+cartilage+in+the+first+metatarsophalangeal+joint.">Biomechanical topography of human articular cartilage in the first metatarsophalangeal joint.</a> Clinical Orthopaedics and Related Research. 348, 269-281 (1998).</li><li>Guilak, F., Jones, W. R., Ting-Beall, H. P., Lee, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+deformation+behavior+and+mechanical+properties+of+chondrocytes+in+articular+cartilage.">The deformation behavior and mechanical properties of chondrocytes in articular cartilage.</a> Osteoarthritis and Cartilage. 7 (1), 59-70 (1999).</li><li>Mathew, A. P., Oksman, K., Karim, Z., Liu, P., Khan, S. 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N., Hull, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Compressive+moduli+of+the+human+medial+meniscus+in+the+axial+and+radial+directions+at+equilibrium+and+at+a+physiological+strain+rate.">Compressive moduli of the human medial meniscus in the axial and radial directions at equilibrium and at a physiological strain rate.</a> Journal of orthopaedic research. 26 (7), 951-956 (2008).</li><li>Zhang, K., Fan, Y., Dunne, N., Li, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+microporosity+on+scaffolds+for+bone+tissue+engineering.">Effect of microporosity on scaffolds for bone tissue engineering.</a> Regenerative biomaterials. 5 (2), 115-124 (2018).</li><li>Lin, N., Dufresne, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanocellulose+in+biomedicine:+Current+status+and+future+prospect.">Nanocellulose in biomedicine: Current status and future prospect.</a> European Polymer Journal. 59, 302-325 (2014).</li><li>Domingues, R. M., Gomes, M. E., Reis, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+potential+of+cellulose+nanocrystals+in+tissue+engineering+strategies.">The potential of cellulose nanocrystals in tissue engineering strategies.</a> Biomacromolecules. 15 (7), 2327-2346 (2014).</li></ol>

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’enc...

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.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1217px;" width="1215">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">60 mL syringe</td>
			<td style="width:209px;">Structur3D Printing</td>
			<td style="width:175px;"></td>
			<td style="width:551px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Alginic acid sodium salt</td>
			<td style="width:209px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:175px;">9005-38-3</td>
			<td style="width:551px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Anhydrous calcium chloride</td>
			<td style="width:209px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:175px;">10043-52-4</td>
			<td style="width:551px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Clamps, three pronged, Talon</td>
			<td style="width:209px;">VWR</td>
			<td style="width:175px;">241-0404</td>
			<td style="width:551px;">102 mm, Dual adjustment clamp, large, clamp extension 127 mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Cura 2.4.0</td>
			<td style="width:209px;">Ultimaker</td>
			<td style="width:175px;"></td>
			<td style="width:551px;">Free slicing software</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Discov3ry Complete</td>
			<td style="width:209px;">Structur3D Printing</td>
			<td style="width:175px;"></td>
			<td style="width:551px;">Ultimaker 2+ 3D printer integrated with Discov3ry paste extruder</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Gelatin from bovine skin</td>
			<td style="width:209px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:175px;">9000-70-8</td>
			<td style="width:551px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Glutaraldehyde solution 50 wt. % in H2O</td>
			<td style="width:209px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:175px;">111-30-8</td>
			<td style="width:551px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">homogenizer</td>
			<td style="width:209px;">SPX</td>
			<td style="width:175px;">APV-2000</td>
			<td style="width:551px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Instron 5960</td>
			<td style="width:209px;">Instron</td>
			<td style="width:175px;"></td>
			<td style="width:551px;">Instron 5960, Biopuls Bath, 100 N load cell, 37 &#176;C,</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Physica MCR 301 rheometer</td>
			<td style="width:209px;">Anton Paar</td>
			<td style="width:175px;"></td>
			<td style="width:551px;">CP25-2-SN7617, gap height 0.05 mm, 25 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Sorvall Lynx 6000 centrifuge</td>
			<td style="width:209px;">AB Ninolab</td>
			<td style="width:175px;">s/n 41881692</td>
			<td style="width:551px;">F12-rotor (6x500 ml)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">stainless steel nozzle</td>
			<td style="width:209px;">Structur3D Printing</td>
			<td style="width:175px;"></td>
			<td style="width:551px;">800, 600 and 400 &#181;m</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">thingsinverse</td>
			<td style="width:209px;">MakerBot&#39;s</td>
			<td style="width:175px;"></td>
			<td style="width:551px;">&#160;sharing and downloading 3D printable things in form of stl files</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">ultra sonication</td>
			<td style="width:209px;">Qsonica, LLC</td>
			<td style="width:175px;">Q500</td>
			<td style="width:551px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Unbarked wood chips</td>
			<td style="width:209px;">Norway spruce(Picea abies)</td>
			<td style="width:175px;"></td>
			<td style="width:551px;">dry matter content of 50&#8211;55%</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

3d printed porous cellulose nanocomposite hydrogel scaffolds

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.

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...

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3D Printed Porous Cellulose Nanocomposite Hydrogel Scaffolds

3D imprimés Cellulose poreuse Nanocomposite Hydrogel échafaudages

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.

This work demonstrates the use of three-dimensional (3D) printing to produce porous cubic scaffolds using cellulose nanocomposite hydrogel ink, with ...

Il s’agit du premier rapport sur les échafaudages hydrogel nanocellulose imprimés en 3D où nous avons une structure poreuse gradient et des propriétés mécaniques pour imiter les structures naturelles comme cartilage. Les deux principaux avantages de l’utilisation des techniques d’impression 3D sont la personnalisation et la liberté de conception. Cela ouvre une possibilité illimitée de fabriquer des dessins géométriques nouveaux et inexplorés.Ce protocole est convivial, et les nouveaux arrivants peuvent facilement reproduire les résultats. Le choix du logiciel de tranchage et le mouvement de la buse ont un impact significatif sur le produit final. Pour commencer, préparez 40 millilitres d’encre hydrogel en mélangeant 11% par poids CNC, 6% par alginate de sodium de poids, et 12% par gélatine de poids dans un récipient.Chauffer le mélange à 40 degrés Celsius et mélanger à l’aide d’une spatule jusqu’à ce qu’une pâte lisse soit obtenue. Transférer le mélange dans une seringue de 60 millilitres. Ensuite, à l’aide d’une pince mécanique, passer le mélange à travers une série de buses de diamètres différents dans une autre seringue de 60 millilitres.Répétez le processus jusqu’à ce que des filaments d’encre hydrogel soient obtenus en douceur. Centrifugez doucement la seringue remplie de l’encre hydrogel à 4000 fois g pour enlever l’air emprisonné. À partir de la carte SD, sélectionnez les fichiers enregistrés pour les échafaudages de porosité uniformes et dégradés, et commencez à imprimer.Au besoin, ajustez la vitesse et le débit en conséquence. Pour relier l’échafaudage après l’impression 3D est terminé, ajoutez doucement des gouttes de 3% par la solution de chlorure de calcium de poids à l’échafaudage jusqu’à ce qu’il devienne complètement humide. Attends cinq minutes.Transférez très soigneusement l’échafaudage du lit de l’imprimante à un récipient de 50 millilitres rempli de 3 % par solution de chlorure de calcium de poids. Laisse-le toute la nuit. Lavez soigneusement avec de l’eau distillée et transférez l’échafaud dans un récipient de 50 millilitres rempli de 3 % par solution de glutaraldehyde de poids.Laisse-le toute la nuit. Lavez soigneusement et rangez l’échafaud imprimé en 3D dans de l’eau distillée. Pour les tests de compression, remplissez le récipient équipé d’une plaque de base de compression submersible avec deux litres d’eau, et démarrez le système de chauffage pour atteindre 37 degrés Celsius.Initialisez Bluehill Universal Software et configurez la méthode de test. Sélectionnez la géométrie rectangulaire de l’échantillon et choisissez la possibilité d’entrer dans les dimensions avant de tester chaque échantillon. Réglez le taux de contrainte à deux millimètres par minute et à la fin du résultat sous forme de contrainte compressive de 80 % avec une force de 90 newtons.Dans la section Mesure, sélectionnez Force, Déplacement, Stress compressif et Contrainte compressive. Choisissez la possibilité d’exporter des données sous forme de fichiers texte pour les futurs tracés. Réglez le point d’extension zéro en utilisant les commandes de jogging pour abaisser la plaque transversale aussi près que possible de la plaque de base.Mesurer et enregistrer les dimensions des échantillons à tester. Lorsque la température de l’eau atteint 37 degrés Celsius, placez l’échantillon sur la plaque de base. Sécurisez l’échantillon en déplaçant la plaque transversale de sorte qu’elle commence à toucher l’échantillon.Déplacez le bain d’eau vers le haut de sorte que les plaques avec l’échantillon entre elles soient immergées dans l’eau. Entrez le nom et les dimensions de l’échantillon et commencez le test. Une fois le test terminé, déplacez d’abord le bain d’eau vers le bas, puis soulevez la plaque transversale.Retirez l’échantillon et ses morceaux, le cas échéant, nettoyez les deux plaques et chargez un nouvel échantillon. Une fois tous les échantillons testés, exportez les données brutes. Le stress compressif de parcelle par rapport aux courbes de contrainte compressive, et déterminer le module tangente compressif aux valeurs de contrainte de un à 5% et 25 à 30%CNC-based nanocomposite hydrogel encre montre un fort comportement d’amincissement non newtonien de cisaillement avec une baisse de cinq ordre de grandeur de la viscosité apparente.L’encre hydrogel présente un comportement solide viscoélastique, comme le modulus de stockage est un ordre de grandeur supérieur à la perte modulus à faible stress de cisaillement. À de faibles taux de contrainte de un à 5%, le module compressif est similaire pour tous les types d’échafaudages poreux par rapport à l’échafaudage de référence sans porosité, montrant que la nature élastique de l’encre hydrogel est préservée même en présence des macropores. Cependant, à des taux de tension élevés de 25 à 30%, le modulus le plus élevé est obtenu pour l’échafaudage de référence sans porosité.Dès que la taille du pore augmente, le modulus diminue en raison de la diminution de la densité, ce qui indique la relation attendue entre la porosité des échafaudages et les propriétés mécaniques correspondantes. En outre, le module compressif des échafaudages hydrogel 3D augmente à mesure que le taux de compression augmente, présentant et imitant la viscoélasticité des tissus naturels du cartilage. L’homogénéité et le flux continu de l’encre pendant l’impression 3D sont les choses les plus importantes.Cette méthode sera utilisée par les chercheurs pour s’étendre à d’autres domaines d’application en utilisant l’hydrogel nanocellulose comme plate-forme imprimable 3D. Par exemple, nous avons déjà mis au point des hybrides à base de nanocellulose pour la libération contrôlée de médicaments suivant la même procédure.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Preparation of 3D Fibrin Scaffolds for Stem Cell Culture Applications

Préparation de la 3D pour les applications de fibrine Échafaudages CULTURE DE CELLULES SOUCHES

Stem cells are found in naturally occurring 3D microenvironments in vivo, which are often referred to as the stem cell niche 1. Culturing stem cells ...

Recherche

Bio-ingénierie

3D Hydrogel Scaffolds for Articular Chondrocyte Culture and Cartilage Generation

3D hydrogel échafaudages pour articulaire chondrocytes Culture and Cartilage Generation

Human articular cartilage is highly susceptible to damage and has limited self-repair and regeneration potential. Cell-based strategies to engineer ...

Construction of Modular Hydrogel Sheets for Micropatterned Macro-scaled 3D Cellular Architecture

Construction de feuilles d&#39;hydrogel modulaire pour micropatterned macro-échelle 3D Cellular architecture

Hydrogels can be patterned at the micro-scale using microfluidic or micropatterning technologies to provide an in vivo-like three-dimensional (3D) tissue ...

Protocols of 3D Bioprinting of Gelatin Methacryloyl Hydrogel Based Bioinks

Protocoles de bioimpression 3D de Gelatin Methacryloyl Hydrogel Bioinks

Gelatin methacryloyl (GelMA) has become a popular biomaterial in the field of bioprinting. The derivation of this material is gelatin, which is hydrolyzed ...

Evaluating Regional Pulmonary Deposition using Patient-Specific 3D Printed Lung Models

Évaluation des dépôts pulmonaires régionaux à l’aide de modèles pulmonaires imprimés 3D spécifiques au patient

Development of targeted therapies for pulmonary diseases is limited by the availability of preclinical testing methods with the ability to predict ...

3D Cell-Printed Hypoxic Cancer-on-a-Chip for Recapitulating Pathologic Progression of Solid Cancer

Cancer hypoxique sur puce imprimé par cellules 3D pour récapituler la progression pathologique du cancer solide

Cancer microenvironment has a significant impact on the progression of the disease. In particular, hypoxia is the key driver of cancer survival, invasion, ...

Interlinked Macroporous 3D Scaffolds from Microgel Rods

Échafaudages 3D macroporeux interconnectés à partir de tiges de microgel

A two-component system of functionalized microgels from microfluidics allows for fast interlinking into 3D macroporous constructs in aqueous solutions ...

Gelatin Methacryloyl Granular Hydrogel Scaffolds: High-throughput Microgel Fabrication, Lyophilization, Chemical Assembly, and 3D Bioprinting

Échafaudages d’hydrogel granulaire méthacryloyl de gélatine : fabrication de microgel à haut débit, lyophilisation, assemblage chimique et bio-impression 3D

The emergence of granular hydrogel scaffolds (GHS), fabricated via assembling hydrogel microparticles (HMPs), has enabled microporous scaffold formation ...

Phototunable Bioprinted Hydrogels to Probe Cellular Responses to ECM Stiffening

3D Bioprinting Phototunable Hydrogels to Study Fibroblast Activation

Understanding Chronic Lung Diseases Using 3D Printed Phototunable Hydrogels (Video) | JoVE

Bio-impression 3D d’hydrogels photoaccordables pour étudier l’activation des fibroblastes

Phototunable hydrogels can transform spatially and temporally in response to light exposure. Incorporating these types of biomaterials in cell-culture ...