Manufacturing a Sodium Alginate–Gelatine Semi-Interpenetrating Polymeric Hydrogel with Potential Applications as a Bio-ink in 3D Bioprinting
Creators: name: Πάσχου, Ελένη Στυλιανού
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2023
Subjects: Υδρογέλη για Τρισδιάστατη Βιοεκτύπωση
Αλγινικό Νάτριο
Ζελατίνη
Hydrogel for 3D Bioprinting
Sodium Alginate
Gelatine

description: There is an ever-growing need for dermal tissue grafts due to several biomedical emergencies, including the rise and aging of the global population, which comes along with an increase in chronic diseases. The purpose of this study was to manufacture a cost-effective, state of the art, Sodium Alginate (SA)-Gelatine (Gel) semi-interpenetrating (semi-IPN) polymeric hydrogel, with potential applications as a bio-ink in 3D bioprinting processes targeting dermal tissue. Hydrogels with different mass ratios of SA to Gel were created, using two different procedures, Procedure A and B. SA was crosslinked using Ca+2, while gelatine was only mechanically and reversibly crosslinked through stirring. The hydrogels produced were tested in manual 3D printing of structures of biological interest. Concomitantly, organoleptic properties were assessed, and swelling properties were probed into, with an FT-IR spectrum extracted. SA-Gel semi-IPN polymeric hydrogels were successfully manufactured, with Procedure A producing hydrogels bearing preferable organoleptic and swelling properties. Furthermore, the optimal mass ratio of sodium Alginate:Gelatine was found to be between 10:1 and 10:5. In conclusion, a simple and efficient procedure was invented for the production of SA-Gel semi-IPN polymeric hydrogels, setting the ground settings for further development of biomedically viable tools in remediation of human pathologies.
description: Υπάρχει μια διαρκώς αυξανόμενη ανάγκη για μοσχεύματα δερματικού ιστού λόγω πολλών βιοϊατρικών καταστάσεων έκτακτης ανάγκης, συμπεριλαμβανομένης της αύξησης και της γήρανσης του παγκόσμιου πληθυσμού, η οποία συνοδεύεται από την αύξηση των χρόνιων ασθενειών. Ο σκοπός αυτής της μελέτης ήταν η κατασκευή μιας ημι-αλληλοδιαπερατής πολυμερούς υδρογέλης αλγινικού νατρίου (ΑΝ) - ζελατίνης (Ζ) μέσω μιας οικονομικής και σύγχρονης διαδικασίας, με πιθανές εφαρμογές ως βιομελάνη στην τρισδιάστατη βιοεκτύπωση δέρματος. Δημιουργήθηκαν υδρογέλες με διαφορετικές αναλογίες μάζας AΝ προς Ζ, χρησιμοποιώντας δύο διαφορετικές διαδικασίες, τη Διαδικασία Α και Β. Η σταυροσύνδεση του AΝ έγινε με χρήση κατιόντων ασβεστίου (Ca+2), ενώ η σταυροσύνδεση της Ζ ήταν μηχανική και αναστρέψιμη και έγινε μέσω ανάδευσης. Οι υδρογέλες που παράχθηκαν δοκιμάστηκαν σε χειροκίνητη τρισδιάστατη εκτύπωση δομών βιολογικού ενδιαφέροντος. Ταυτόχρονα, αξιολογήθηκαν οι οργανοληπτικές ιδιότητες, διερευνήθηκαν οι ιδιότητες διόγκωσης και έγινε εξαγωγή φάσματος υπερύθρων FT-IR. Σε αυτή την μελέτη, κατασκευάστηκαν με επιτυχία ημι-αλληλοδιαπερατές πολυμερείς υδρογέλες ΑΝ-Ζ, με τη Διαδικασία Α να παράγει υδρογέλες που φέρουν προτιμώμενες οργανοληπτικές και διογκωτικές ιδιότητες. Επιπλέον, η βέλτιστη αναλογία μάζας αλγινικού νατρίου:ζελατίνης βρέθηκε να είναι μεταξύ 10:1 και 10:5. Συμπερασματικά, εφευρέθηκε μια απλή και αποτελεσματική διαδικασία για την παραγωγή ημι-αλληλοδιαπερατών πολυμερών υδρογελών ΑΝ-Ζ, θέτοντας βάσεις για την περαιτέρω ανάπτυξη βιοϊατρικά βιώσιμων εργαλείων για την αποκατάσταση και ίαση ανθρώπινων παθολογιών.