इस प्रोटोकॉल के तीन महत्वपूर्ण कदम मैं कर रहे हैं) सही संरचना और सेलुलोस हाइड्रोजेल स्याही की निरंतरता का विकास, द्वितीय) अच्छा आकार निष्ठा और आयाम और तृतीय के साथ विभिंन ताकना संरचनाओं में scaffolds के 3 डी मुद्रण) के प्रदर्शन उपास्थि उत्थान के लिए कृत्रिम शरीर की स्थिति में यांत्रिक गुण.
यह काम तीन आयामी (3 डी) के उपयोग को प्रदर्शित करता है के लिए सरंध्र घन पाड़ का उपयोग करने के लिए, नियंत्रित ताकना संरचना और यांत्रिक गुणों के साथ सेलुलोस नैनोकोमोसाइट हाइड्रोजेल स्याही का प्रयोग । सेलुलोस नैनोक्रिस्टल (CNCs, ६९.६२ wt%) आधारित हाइड्रोजेल स्याही मैट्रिक्स (सोडियम alginate और जिलेटिन) के साथ विकसित किया गया था और 3 डी वर्दी और ढाल ताकना संरचना (110-1100 μm) के साथ scaffolds में छपी । Scaffolds 0.20-0.45 MPa की सीमा में संपीड़न मापांक दिखाया जब vivo में की स्थिति में परीक्षण (३७ डिग्री सेल्सियस पर आसुत जल में) । ताकना आकार और 3 डी scaffolds के संपीड़न मादांक उपास्थि उत्थान अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक आवश्यकताओं के साथ मिलान किया । यह काम दर्शाता है कि स्याही की निरंतरता के पूर्वगामी और सरंध्रता की एकाग्रता द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है 3 डी मुद्रण प्रक्रिया द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है और बदले में इन कारकों के दोनों 3 डी मुद्रित छिद्रिल के यांत्रिक गुणों को परिभाषित करता है हाइड्रोजेल पाड़ । इस प्रक्रिया विधि इसलिए संरचनात्मक रूप से और compositionally अनुकूलित scaffolds रोगियों की विशिष्ट जरूरतों के अनुसार बनाना करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है ।
सेलुलोस एक पॉलीसैकेराइड होता है, जिसमें β (1-4) की रैखिक शृंखलाओं से जुड़े डी-ग्लूकोज एकक होते हैं । यह पृथ्वी पर सबसे प्रचुर मात्रा में प्राकृतिक बहुलक है और स्रोतों की एक किस्म से निकाला जाता है, समुद्री जानवरों (जैसे, tunicates), पौधों (जैसे, लकड़ी, कपास, गेहूं के भूसे), और जैसे शैवाल (जैसे, Valonia), कवक, और यहां तक कि अमीबा (प्रोटोजोए )1,2. सेलुलोस नैनोफाइबर (सीएनएफ) और सेल्युलोज नैनोक्रिस्टल (सीएनसी) के साथ सेलुलोस से यांत्रिक उपचारों और अम्लीय हाइड्रोलिसिस के माध्यम से नैनोस्केल पर कम से एक आयाम प्राप्त किया जाता है । वे न केवल सेल्युलोज के गुणों के अधिकारी, जैसे रासायनिक संशोधन के लिए संभावित, कम विषाक्तता, biocompatibility, biodegradable और नवीकरणीय, लेकिन यह भी उच्च विशिष्ट सतह क्षेत्र, उच्च यांत्रिक गुणों की तरह nanoscale विशेषताओं है , रियोलॉजिकल और ऑप्टिकल गुण । इन आकर्षक संपत्तियों सीएनएस और जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त cnfs बनाया है, 3 के रूप में मुख्य रूप से आयामी (3 डी) हाइड्रोजेल scaffolds3। इन scaffolds नियंत्रित ताकना संरचना और परस्पर porosity के साथ अनुकूलित आयामों की आवश्यकता है । हमारे समूह और अन्य लोगों को कास्टिंग, इलेक्ट्रोस्पिनिंग और फ्रीज-सुखाने4,5,6,7,8के माध्यम से तैयार 3 डी सरंध्र सेलुलोस नैनोकंपोजिट की सूचना दी है । हालांकि, इन पारंपरिक तकनीकों के माध्यम से ताकना संरचना और जटिल ज्यामिति के निर्माण पर नियंत्रण हासिल नहीं है ।
3D प्रिंटिंग एक एडिटिव निर्माण तकनीक है, जिसमें 3 डी वस्तुओं को इंक9के कंप्यूटर-नियंत्रित जमाव के माध्यम से परत द्वारा परत बनाया जाता है । पारंपरिक तकनीकों पर 3D मुद्रण के लाभों में डिज़ाइन स्वतंत्रता, नियंत्रित मैक्रो और माइक्रो आयाम, जटिल आर्किटेक्चर, अनुकूलन और पुनरुद्देयशीलता का निर्माण शामिल है । इसके अलावा, cnfs और cnfs के 3d प्रिंटिंग में नैनोकणों, पसंदीदा दिशात्मकता, ढाल सरंध्रता के अपरूपण-प्रेरित संरेखण भी प्रदान किए जाते हैं और यह10,11,12, 3 डी बायोक्रिटिंग को आसानी से विस्तारित किया जा सकता है । 13 , 14 , 15. हाल ही में, 3 डी मुद्रण के दौरान cncs संरेखण की गतिशीलता रिपोर्ट किया गया है16,17। बायोप्रिंटिंग के क्षेत्र में अग्रिमों 3 डी मुद्रित ऊतकों और अंगों को सक्षम किया है जैसे कि पसंद और जीवित कोशिकाओं की एकाग्रता और वृद्धि कारकों, वाहक स्याही, मुद्रण दबाव और नोक व्यास के संयोजन के रूप में शामिल चुनौती के बावजूद18 ,19,20.
सरंध्रता और उपास्थि पुनर्योजी scaffolds के संपीडन शक्ति महत्वपूर्ण गुण है कि अपनी क्षमता और प्रदर्शन तय कर रहे हैं । रंध्र आकार आसंजन के लिए एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, भेदभाव, और कोशिकाओं के प्रसार के रूप में के रूप में अच्छी तरह से पोषक तत्वों और चयापचय अपशिष्ट21के आदान प्रदान के लिए । हालांकि, वहां कोई निश्चित ताकना आकार है कि एक आदर्श मूल्य के रूप में माना जा सकता है, कुछ अध्ययनों छोटे pores के साथ उच्च bioactivity दिखाया जबकि दूसरों को बड़ा pores के साथ बेहतर उपास्थि उत्थान दिखाया । Macropores (< 500 μm) ऊतक खनिजीकरण, पोषक तत्वों की आपूर्ति और अपशिष्ट हटाने की सुविधा जबकि micropores (150-250 μm) सेल लगाव और बेहतर यांत्रिक गुण22,23की सुविधा । प्रत्यारोपित पाड़ से निपटने के समय से पर्याप्त यांत्रिक अखंडता है, रोपण और अपने वांछित उद्देश्य के पूरा होने तक होगा । प्राकृतिक संधिउपास्थि के लिए कुल संपीडन मापांक की आयु, लिंग और परीक्षण स्थान के आधार पर 0.1-2 mpa की श्रेणी में होने की सूचना दी गई है4,24,25,26,27 ,28,29.
हमारे पिछले काम11में, 3 डी प्रिंटिंग के लिए एक डबल crosslinked interpenetrating बहुलक नेटवर्क (ipn) एक हाइड्रोजेल स्याही सोडियम alginate और जिलेटिन के एक मैट्रिक्स में प्रबलित cncs युक्त से छिद्रिल bioscaffolds का इस्तेमाल किया गया था । 3D प्रिंटिंग मार्ग को एकसमान और ग्रैडिएंट ताकना संरचनाओं (80-2125 μm) के साथ 3D पाड़ को प्राप्त करने के लिए ऑप्टिमाइज़ किया गया था, जहां नैनोक्रिस्टल, अधिमानतः मुद्रण दिशा में ओरिएंट (61-76%) के बीच अभिविन्यास की डिग्री है । यहाँ, हम इस काम की निरंतरता पेश करते हैं और कृत्रिम शरीर की स्थिति में 3 डी मुद्रित हाइड्रोजेल scaffolds के यांत्रिक गुणों पर सरंध्रता के प्रभाव को दर्शाता है । CNCs यहां इस्तेमाल किया, पहले हमारे द्वारा करने के लिए साइटोसंगत और गैर विषैले (यानी, सेल वृद्धि के 15 दिनों के बाद ऊष्मायन की पुष्टि की गई थी की सूचना थी30) । इसके अलावा, मचान फ्रीज के माध्यम से तैयार-एक ही cncs का उपयोग कर सुखाने, सोडियम alginate और जिलेटिन उच्च porosity दिखाया, उच्च फॉस्फेट बफर नमकीन और cytocompatibility के तेज मध्योतक स्टेम कोशिकाओं की ओर5। इस काम के लक्ष्य को हाइड्रोजेल स्याही प्रसंस्करण, सरंध्र scaffolds के 3 डी मुद्रण और संपीड़न परीक्षण का प्रदर्शन है । Schematics प्रसंस्करण मार्ग चित्रा 1में दिखाया गया है ।
3डी प्रिंटिंग के लिए हाइड्रोजेल इंक के उपयुक्त रियोलॉजिकल गुण की आवश्यकता होती है । उच्च चिपचिपापन स्याही इसके बाहर निकालना के लिए चरम दबाव की आवश्यकता होगी, जबकि कम चिपचिपापन स्याही बाहर निकालना के ब…
The authors have nothing to disclose.
इस अध्ययन के वित्तीय Knut और ऐलिस Wallenberg फाउंडेशन (Wallenberg लकड़ी विज्ञान केंद्र), स्वीडिश अनुसंधान परिषद, VR (Bioheal, DNR 2016-05709 और DNR 2017-04254) द्वारा समर्थित है ।
60 mL syringe | Structur3D Printing | ||
Alginic acid sodium salt | Sigma-Aldrich | 9005-38-3 | |
Anhydrous calcium chloride | Sigma-Aldrich | 10043-52-4 | |
Clamps, three pronged, Talon | VWR | 241-0404 | 102 mm, Dual adjustment clamp, large, clamp extension 127 mm |
Cura 2.4.0 | Ultimaker | Free slicing software | |
Discov3ry Complete | Structur3D Printing | Ultimaker 2+ 3D printer integrated with Discov3ry paste extruder | |
Gelatin from bovine skin | Sigma-Aldrich | 9000-70-8 | |
Glutaraldehyde solution 50 wt. % in H2O | Sigma-Aldrich | 111-30-8 | |
homogenizer | SPX | APV-2000 | |
Instron 5960 | Instron | Instron 5960, Biopuls Bath, 100 N load cell, 37 °C, | |
Physica MCR 301 rheometer | Anton Paar | CP25-2-SN7617, gap height 0.05 mm, 25 °C | |
Sorvall Lynx 6000 centrifuge | AB Ninolab | s/n 41881692 | F12-rotor (6×500 ml) |
stainless steel nozzle | Structur3D Printing | 800, 600 and 400 µm | |
thingsinverse | MakerBot's | sharing and downloading 3D printable things in form of stl files | |
ultra sonication | Qsonica, LLC | Q500 | |
Unbarked wood chips | Norway spruce(Picea abies) | dry matter content of 50–55% |