SLA 3D nyomtatható biopolimer alapú hidrogél előállítása, pásztázó elektronmikroszkópos és biokompatibilitási vizsgálata
Absztrakt
Célkitűzés: Munkánk célja biopolimer bázisú 3D nyomtatható hidrogél előállításának, pásztázó elektronmikroszkópos (PEM)
vizsgálatainak és biokompatibilitásának bemutatása.
Anyagok és módszerek: Ansys SpaceClaim (Ansys Inc, USA) 3D modellező szoftver segítségével 1 és 2 mm vastagságú
mintákat terveztünk, majd biodegradábilis metakrilált poli-γ-glutaminsav (MPGA) alapon hidrogéleket állítottunk
elő sztereolitográfia (SLA) típusú Form 2 (Formlabs Inc, USA) 3D nyomtató alkalmazásával. A hidrogélek felületét
és szerkezetét sztereo- és elektronmikroszkóp segítségével vizsgáltuk. A 3D nyomtatott hidrogélek biokompatibilitását
MG63 sejtvonalon Alamar blue teszt felhasználásával bizonyítottuk, és a minták felületén növesztett sejtek PEM felvételein
keresztül mutattuk be.
Eredmények: Eredményeink bizonyították, hogy az MPGA alapú hidrogélek nyomtathatóak SLA technikájú 3D nyomtató
segítségével. A nyomatás útján kialakított hidrogélek néhány száz nanométeres hálószerű struktúrájúak. Az Alamar
blue teszt bizonyította, hogy ugyan 1 nap elteltével csökkent az MG63 sejtek száma a felületen, de 3 nappal később
a kontrollhoz viszonyítva különbség már nem volt kimutatható. Mindezen túl a PEM felvételek is bizonyítják a sejtek kötődését
a hidrogél felületéhez.
Következtetés: Az általunk előállított MPGA alapú polimer rendszer SLA technikával nyomtathatónak bizonyult. A kialakított
biokompatibilis, nanostruktúrált hidrogélek ígéretes jelöltek a biológiailag aktív komponensek szállítására a szövettervezés
területén.
Hivatkozások
ANDERSON J, WEALLEANS J, RAY J: Endodontic applications of 3D printing. Int Endod J. 2018;51(9):1005-1018. https://doi.org/10.1111/iej.12917.
ATHIRASALA A, TAHAYERI A, THRIVIKRAMAN G, FRANÇA CM, MONTEIRO N, TRAN V, ET AL: A dentin-derived hydrogel bioink for 3D bioprinting of cell laden scaffolds for regenerative dentistry. Biofabrication. 2018;10(2):024101. https://doi.org/10.1088/1758-5090/aa9b4e.
BACIU AM, BEJINARIU C, CORĂBIERU A, MIHALACHE E, LUPU–POLIAC M, BACIU C, ET AL: Influence of process parameters for Selective Laser Melting on the roughness of 3D printed surfaces in Co-Cr dental alloy powder, IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2019;572:012054. http://dx.doi.org/10.1088/1757-899X/572/1/012054
BAKÓ J, VECSERNYÉS M, UJHELYI Z, KOVÁCSNÉ IB, BORBÍRÓ I, BÍRÓ T, ET AL: Composition and characterization of in situ usable light cured dental drug delivery hydrogel system. J Mater Sci Mater Med. 2013;24(3):659-666. https://doi.org/10.1007/s10856-012-4825-x.
BILLIET T, VANDENHAUTE M, SCHELFHOUT J, VAN VLIERBERGHE S, DUBRUEL P: A review of trends and limitations in hydrogel-rapid prototyping for tissue engineering. Biomaterials. 2012;33(26):6020-6041. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2012.04.050.
DAWOOD A, MARTI MARTI B, SAURET-JACKSON V, DARWOOD A: 3D printing in dentistry. Br Dent J. 2015;219(11):521-9. https://doi.org/10.1038/sj.bdj.2015.914.
GHOMI ER, KHOSRAVI F, NEISIANY RE, SINGH S, RAMAKRISHNA S: Future of additive manufacturing in healthcare. Curr. Opin. Biomed. Eng. 2020; Article 100255, https://doi.org/10.1016/j.cobme.2020.100255.
HUANG L, DU X, FAN S, YANG G, SHAO H, LI D, ET AL: Bacterial cellulose nanofibers promote stress and fidelity of 3D-printed silk based hydrogel scaffold with hierarchical pores. Carbohydr Polym. 2019;221:146-156. https://doi.org/0.1016/j.carbpol.2019.05.080.
KESSLER A, HICKEL R, REYMUS M: 3D Printing in Dentistry-State of the Art. Oper Dent. 2020;45(1):30-40. https://doi.org/10.2341/18-229-L.
KHORSANDI D, FAHIMIPOUR A, ABASIAN P, SABER SS, SEYEDI M, GHANAVATI S, ET AL: 3D and 4D printing in dentistry and maxillofacial surgery: Printing techniques, materials, and applications. Acta Biomater. 2021;122:26-49. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2020.12.044.
KIM HC, KIM E, HONG BM, PARK SA, PARK WH: Photocrosslinked poly(γ-glutamic acid) hydrogel for 3D bioprinting. React. Funct. Polym. 2021;161:104864. https://doi.org/10.1016/j.reactfunctpolym.2021.104864
KIM MH, LEE J, LEE JN, LEE H, PARK WH: Mussel-inspired poly(γ-glutamic acid)/nanosilicate composite hydrogels with enhanced mechanical properties, tissue adhesive properties, and skin tissue regeneration. Acta Biomater. 2021;123:254-262. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2021.01.014.
KIM MH, LEE JN, LEE J, LEE H, PARK WH: Enzymatically Cross-Linked Poly(γ-glutamic acid) Hydrogel with Enhanced Tissue Adhesive Property. ACS Biomater Sci Eng. 2020;6(5):3103-3113. https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.0c00411.
LI H, SONG L, SUN J, MA J, SHEN Z: Dental ceramic prostheses by stereolithography-based additive manufacturing: potentials and challenges, Adv. Appl. Ceram. 2019;118:(1-2)30-36, https://doi.org/10.1080/17436753.2018.1447834
MA X, LIU S, TANG H, YANG R, CHI B, YE Z: In situ photocrosslinked hyaluronic acid and poly (γ-glutamic acid) hydrogels as injectable drug carriers for load-bearing tissue application. J Biomater Sci Polym Ed. 2018;29(18):2252-2266. https://doi.org/10.1080/09205063.2018.1535820.
MONTEIRO N, THRIVIKRAMAN G, ATHIRASALA A, TAHAYERI A, FRANÇA CM, FERRACANE JL, ET AL: Photopolymerization of cell-laden gelatin methacryloyl hydrogels using a dental curing light for regenerative dentistry. Dent Mater. 2018;34(3):389-399. https://doi.org/10.1016/j.dental.2017.11.020.
NESIC D, SCHAEFER BM, SUN Y, SAULACIC N, SAILER I: 3D Printing Approach in Dentistry: The Future for Personalized Oral Soft Tissue Regeneration. J Clin Med. 2020;9(7):2238. https://doi.org/10.3390/jcm9072238.
PARK SB, SUNG M-H, UYAMA H, HAN DK: Poly(glutamic acid): Production, composites, and medical applications of the next-generation biopolymer. Prog Polym Sci, 2021;113:101341. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2020.101341.
PISANI S, DORATI R, SCOCOZZA F, MARIOTTI C, CHIESA E, BRUNI G, ET AL: Preliminary investigation on a new natural based poly(gamma-glutamic acid)/Chitosan bioink. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2020;108(7):2718-2732. https://doi.org/10.1002/jbm.b.34602.
REVILLA-LEÓN M, ÖZCAN M: Additive Manufacturing Technologies Used for 3D Metal Printing in Dentistry. Curr Oral Health Rep. 2017;201–208. https://doi.org/10.1007/s40496-017-0152-0.
SALAH M, TAYEBI L, MOHARAMZADEH K, NAINI FB: Three-dimensional bio-printing and bone tissue engineering: technical innovations and potential applications in maxillofacial reconstructive surgery. Maxillofac Plast Reconstr Surg. 2020;42(1):18. https://doi.org/10.1186/s40902-020-00263-6.
SHAH P, CHONG BS: 3D imaging, 3D printing and 3D virtual planning in endodontics. Clin Oral Investig. 2018;22(2):641-654. https://doi.org/10.1007/s00784-018-2338-9.
SHAHBAZI M, JÄGER H: Current Status in the Utilization of Biobased Polymers for 3D Printing Process: A Systematic Review of the Materials, Processes, and Challenges. ACS Appl Bio Mater. 2021;4(1):325-369. https://doi.org/10.1021/acsabm.0c01379.
TIAN Y, CHEN C, XU X, WANG J, HOU X, LI K, ET AL: A Review of 3D Printing in Dentistry: Technologies, Affecting Factors, and Applications. Scanning. 2021;2021:9950131. https://doi.org/10.1155/2021/9950131.
URRUELA-BARRIOS R, RAMÍREZ-CEDILLO E, DÍAZ DE LEÓN A, ALVAREZ AJ, ORTEGA-LARA W: Alginate/Gelatin Hydrogels Reinforced with TiO₂ and β-TCP Fabricated by Microextrusion-based Printing for Tissue Regeneration. Polymers (Basel). 2019;11(3):457. https://doi.org/10.3390/polym11030457.
WAUTHLE R, VAN DER STOK J, AMIN YAVARI S, VAN HUMBEECK J, KRUTH JP, ZADPOOR AA, ET AL: Additively manufactured porous tantalum implants. Acta Biomater. 2015;14:217-225. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2014.12.003.
WEI M, HSU YI, ASOH TA, SUNG MH, UYAMA H: Injectable poly(γ-glutamic acid)-based biodegradable hydrogels with tunable gelation rate and mechanical strength. J Mater Chem B. 2021;9(16):3584-3594. https://doi.org/10.1039/d1tb00412c.
XU HH, WANG P, WANG L, BAO C, CHEN Q, WEIR MD, ET AL: Calcium phosphate cements for bone engineering and their biological properties. Bone Res. 2017;5:17056. https://doi.org/10.1038/boneres.2017.56.
XU W, MOLINO BZ, CHENG F, MOLINO PJ, YUE Z, SU D, ET AL: On Low-Concentration Inks Formulated by Nanocellulose Assisted with Gelatin Methacrylate (GelMA) for 3D Printing toward Wound Healing Application. ACS Appl Mater Interfaces. 2019;11(9):8838-8848. https://doi.org/10.1021/acsami.8b21268.
YANG R, WANG X, LIU S, ZHANG W, WANG P, LIU X, ET AL: Bioinspired poly (γ-glutamic acid) hydrogels for enhanced chondrogenesis of bone marrow-derived mesenchymal stem cells. Int J Biol Macromol. 2020;142:332-344. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2019.09.104.
ZHAI Y, LADOS DA, LAGOY JL: Additive Manufacturing: Making Imagination the Major Limitation. JOM, 2014; 66(5):808–816. https://doi.org/10.1007/s11837-014-0886-2.
Copyright (c) 2022 Szerzők
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
.png)
1.png)
