The use of mechanical foaming for development of bioinks and bioprinting techniques

Résumé

La bio-impression tridimensionnelle est un sous-ensemble unique de la fabrication additive dans lequel le dépôt précis de bioink donne lieu à des structures 3D complexes composées de cellules vivantes intégrées dans des hydrogels. Pour les applications biologiques, les structures bio-imprimées en 3D doivent présenter un degré élevé de porosité afin favoriser la croissance et la fonction cellulaires. Cependant, la faible porosité intrinsèque des bioinks ne permet pas toujours de créer un environnement idéal pour les cellules. En outre, de nombreux hydrogels biocompatibles n'ont pas les propriétés mécaniques et rhéologiques suffisantes pour la bio-impression 3D. Lorsque ces propriétés ne répondent pas aux exigences d'imprimabilité, la bio-impression échoue en raison d'une mauvaise fidélité de la forme et d'autres complications. C'est pourquoi il est nécessaire d'accorder plus d'attention à la mise au point de méthodes permettant de remédier aux limitations susmentionnées. Ce mémoire porte sur le développement de méthodes basées sur la mousse pour la bio-impression 3D de structures supermacroporeuses, ainsi que sur la bio-impression 3D d'hydrogels à faible viscosité/réticulation lente. L'albumine, un agent moussant bien connu, est utilisée pour produire des bioinks hybrides hautement poreux et imprimables en 3D. En outre, la mousse d'albumine est utilisée comme matériau sacrificiel pour fabriquer des fibres creuses, et est également utilisée comme matériau de support à base de mousse dans la bio-impression intégrée comme alternative aux bains de support à base de gel. Pour l'étude d'un bioink poreux imprimable en 3D, des solutions hybrides d'albumine et d'alginate avec différentes concentrations d'albumine et d'alginate de sodium sont préparées et mélangées mécaniquement. La mousse obtenue est imprimée en 3D et réticulée avec une solution ou une brume de chlorure de calcium. Les échafaudages fabriqués sont caractérisés par l'analyse de l'imprimabilité, des propriétés mécaniques, de la porosité, de l'absorption d'eau, de la dégradation et des tests de libération de médicaments. Ces études indiquent que les échafaudages réticulés par la brume présentent des propriétés mécaniques supérieures et offrent des profils de libération de médicaments relativement plus longs. Pour l'étude sur la bio-impression de fibres creuses, un matériau sacrificiel à base de mousse est développé pour être utilisé comme flux central. Cette méthode implique l'incorporation de l'agent de réticulation (chlorure de calcium) dans une mousse d'albumine. Les effets des débits de mousse et d'alginate sur le diamètre des fibres et l'épaisseur des parois sont étudiés. La résolution d'impression est quantifiée en déterminant l'indice d'imprimabilité. Les propriétés mécaniques sont évaluées en analysant la déformation à la rupture et l'effondrement du filament. En outre, la viabilité des cellules Neuro-2a co-incubées avec les structures imprimées est examinée et ne montre aucun impact négatif sur la viabilité des cellules. Pour l'étude de la bio-impression intégrée, une mousse d'albumine enrichie de milieu de culture cellulaire est utilisée comme bain de support pour bio-imprimer des structures complexes avec des hydrogels à faible viscosité et à réticulation lente. Les conditions optimales du bain à base de mousse sont déterminées en testant différentes concentrations d'albumine et différents temps de moussage. Un avantage unique de l'utilisation de bains de support à base de mousse dans la bio-impression intégrée est la coalescence des bulles au fil du temps, ce qui conduit à la formation d'un bain de support sacrificiel. L'utilisation de la mousse comme matériau de support présente d'autres avantages, notamment un meilleur accès à l'oxygène gazeux environnant, ainsi qu'un accès immédiat aux nutriments présents dans la mousse. Un hydrogel thermosensible à base de chitosane de diverses structures complexes a été bio-imprimé avec succès en utilisant le matériau de support à base de mousse. En outre, la biocompatibilité du processus est démontrée en déterminant la viabilité cellulaire des fibroblastes L929 incorporés dans un bioink de chitosane-collagène après 7 jours de culture. Les méthodes à base de mousse développées dans ce mémoire exploitent les avantages des techniques de bio-impression, tout en permettant l'impression 3D directe de structures très poreuses, ainsi que d'hydrogels à faible viscosité et à réticulation lente. L'utilisation de matériaux de support innovants à base de mousse s'avère être une excellente alternative aux matériaux de support conventionnels dans les systèmes de bio-impression coaxiale et de bioimpression intégrée pour les applications d'ingénierie tissulaire.

Date	17 août 2023
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Ali Ahmadi (Directeur(-trice))