Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός τρισδιάστατα εκτυπωμένων υμενίων από φυσικά πολυμερή για βιοϊατρικές εφαρμογές
Creators: name: Παλαμίδη, Άρτεμις Ηλία
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2022
Subjects: Τρισδιάστατη εκτύπωση
Φυσικά πολυμερή
Συστήματα χορήγησης
Three-dimensional printing
Natural polymers
Drug delivery

description: Ο συνδυασμός βιοσυμβατών υλικών και προηγμένων τεχνολογιών προσθετικής κατασκευής παρουσιάζει μεγάλες δυνατότητες στη δημιουργία πολύπλοκων ικριωμάτων με αναπαραγώγιμα μακρο- και μικρο-δομικά χαρακτηριστικά για βιοϊατρικές εφαρμογές, όπως στην ιστομηχανική και την ανάπτυξη εξατομικευμένων συστημάτων χορήγησης. Βέβαια, καίρια πρόκληση είναι η ανάπτυξη εκτυπώσιμων υλικών διασφαλίζοντας τη δομική ακεραιότητα και τη βιοσυμβατότητα. Στην παρούσα μελέτη, η δυνατότητα τρισδιάστατης εκτύπωσης πορωδών ικριωμάτων εξετάστηκε σε εκτυπωτή με πνευματικό σύστημα εξώθησης απευθείας σε θερμοκρασία περιβάλλοντος κι η μέθοδος εξάτμισης διαλύτη οδήγησε στο σχηματισμό των τελικών υμενίων. Αρχικά, πραγματοποιήθηκε εκτενής μελέτη για τη βελτιστοποίηση της σύνθεσης των εκτυπώσιμων μειγμάτων από αμινο-πολυσακχαρίτη (χιτοζάνη) και πρωτεΐνες (κολλαγόνο τύπου Ι, ζελατίνη) και την προσαρμογή των παραμέτρων εκτύπωσης (δηλαδή διάμετρος ακροφυσίου, ταχύτητα και εφαρμοζόμενη πίεση) για να προκύψουν επαναλήψιμα, ομοιογενή ικριώματα. Ακολούθως, διερευνήθηκε η επίδραση του σταδίου εξουδετέρωσης για τη σταθεροποίηση των εκτυπωμένων δειγμάτων με το σχηματισμό φυσικών υδρογελών, χρησιμοποιώντας διαφορετικούς αλκαλικούς παράγοντες και χρόνους ζελατινοποίησης. Η καταλληλότητα των τρισδιάστατα εκτυπωμένα υμενίων ως συστήματα χορήγησης αξιολογήθηκε περαιτέρω με την ενσωμάτωση στο εκτυπώσιμο μείγμα του αντιβιοτικού λεφοβλοξασίνη, ως πρότυπη υδρόφιλη δραστική ουσία, για την ανάπτυξη μεμβρανών με αντιβακτηριδιακή δράση σε εφαρμογές αναγέννησης του δέρματος. Σε όλα τα στάδια αξιολογήθηκαν οι φυσικοχημικές και βιολογικές ιδιότητες των υμενίων και ποσοτικοποιήθηκε με μορφολογικό χαρακτηρισμό η ακρίβεια των διαστάσεων. Τέλος, η ομοιομορφία φόρτωσης της λεβοφλοξασίνης, το προφίλ αποδέσμευσης in vitro κι η ex vivo διαπερατότητα διερευνήθηκαν για να ελεγχθεί η καταλληλότητα των εκτυπωμένων υμενίων ως συστήματα χορήγησης.
description: The combination of biocompatible materials and advanced three-dimensional (3D) additive manufacturing technologies holds great potential in the creation of finely tuned complex scaffolds by a layer-by layer approach with reproducible macro- and micro-structural characteristics for biomedical applications, such as tissue engineering and drug delivery. Especially, regarding extrusion-based printing high precision and shape fidelity are great challenges for natural polymers derived hydrogels. In this study, biocompatible printable inks were developed based on chitosan, collagen, gelatin. Printability was examined with a pneumatic-based extrusion printer directly in air and at room temperature and post-printing solvent evaporation method was used for films preparation. A comprehensive study of the printing process was performed, the effect of ink composition and the influence of process-related printing parameters (i.e., nozzle diameter, speed and applied pressure) were analyzed to select the most suitable formulation. After, the effect of the subsequent neutralization step for physical hydrogel formation using different alkaline agents and times of gelation was investigated. At last, levofloxacin was incorporated in the printable ink to develop antibiotic-loaded films for targeted drug release where bacterial infection is of concern in skin tissue regeneration. At every step study on the physicochemical, biological properties was performed and morphological characterization to specify dimensional accuracy was conducted. Finally, drug loading uniformity, drug release performance and ex vivo permeation were investigated to check the suitability of the custom-made printed films.