Fabrication and characterization of a novel collagen bioink for use in regenerative medicine
Creators: name: Καριπίδου, Νίκη Χαράλαμπου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2023
Subjects: Ικρίωμα κολλαγόνου
Βιομελάνι κολλαγόνου
Αναγεννητική ιατρική
Collagen scaffold
Collagen bioink
Regenerative medicine

description: The main objective of the present MSc by research thesis was the fabrication and characterization of a novel collagen bioink for use in regenerative medicine. The bioink is intended to be used for the production of a personalized, in architecture and composition, collagen scaffold, for tissue engineering applications, primarily in the dentistry field. In order to develop the versatile collagen bioink the entire existing literature and market availability for related products were studied. This allowed for a comprehensive understanding of the current state of the field and the identification of potential gaps or areas for improvement. The main raw material of the fabricated bioink was gelatin from bovine or porcine skin, which was studied either uncrosslinked or chemically crosslinked with glutaraldehyde of various concentrations. The aim was to achieve desirable mechanical properties, which were evaluated through rheological and thermal analyses including Differential Scanning Calorimetry and Thermogravimetric Analysis. More specifically, a systematic review on the synthesis of the bioink was performed by altering various parameters and studying both their qualitative and quantitative impact on the final scaffold. The extrudability of the hydrogel was assessed through preliminary studies, ensuring its suitability for the intended 3D printing process. The stable 3D structures produced were subsequently frozen and lyophilized, resulting in spongy scaffolds. The architecture of these scaffolds was characterized using Scanning Electron Microscopy, providing insights into their structural properties. The dissertation was conducted in the Laboratory of Biomedical Engineering of the Department of Chemical Engineering of the Aristotle University of Thessaloniki, under the supervision of the Associate Professor Mrs. Amalia Aggeli. It is an interdisciplinary project among the Department of Chemical Engineering and the Department of Mechanical Engineering, in collaboration with Professor Mr. Nikolaos Michailidis. In addition, the dissertation was carried out in collaboration with the Center for Research and Development on Advanced Materials (CERDAM) at the Center of Interdisciplinary Research and Innovation. These partnerships provided additional resources, enhancing the research capabilities and facilitating a comprehensive investigation of the collagen bioink.
description: Ο κύριος στόχος της παρούσας μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας ήταν η παραγωγή και ο χαρακτηρισμός ενός καινοτόμου βιομελανιού κολλαγόνου για χρήση στην αναγεννητική ιατρική. Το βιομελάνι προορίζεται για χρήση στην παραγωγή ενός εξατομικευμένου, σε αρχιτεκτονική και σύνθεση, ικριώματος κολλαγόνου, για εφαρμογές ιστομηχανικής, κυρίως στον τομέα της οδοντιατρικής. Προκειμένου να αναπτυχθεί το ευέλικτο βιομελάνι κολλαγόνου μελετήθηκε η υπάρχουσα βιβλιογραφία και η διαθεσιμότητα στην αγορά για παρόμοια προϊόντα. Αυτό επέτρεψε μια ολοκληρωμένη κατανόηση της τρέχουσας κατάστασης του πεδίου και τον εντοπισμό πιθανών κενών ή περιοχών προς βελτίωση. Η κύρια πρώτη ύλη του παραγόμενου βιομελανιού ήταν η ζελατίνη από δέρμα βόειου ή χοίρου, η οποία μελετήθηκε είτε χημικά διασυνδεδεμένη με γλουταραλδεϋδη διαφόρων συγκεντρώσεων ή χωρίς επιπλέον διασύνδεση. Ο στόχος ήταν να επιτευχθούν επιθυμητές μηχανικές ιδιότητες, οι οποίες αξιολογήθηκαν μέσω ρεολογικών και θερμικών αναλύσεων, συμπεριλαμβανομένης της Διαφορικής Θερμιδομετρίας Σάρωσης και της Θερμοβαρυμετρικής Ανάλυσης. Πιο συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκε συστηματική μελέτη της σύνθεσης του βιομελανιού μεταβάλλοντας διάφορες παραμέτρους και μελετώντας τόσο την ποιοτική όσο και την ποσοτική τους επίδραση στο τελικό ικρίωμα. Η ικανότητα εξώθησης της υδρογέλης αξιολογήθηκε μέσω προκαταρκτικών μελετών, διασφαλίζοντας την καταλληλότητά της για την προβλεπόμενη διαδικασία τρισδιάστατης εκτύπωσης. Οι σταθερές τρισδιάστατες δομές που παράχθηκαν, καταψύχθηκαν και λυοφιλοποιήθηκαν, με αποτέλεσμα να προκύψουν σπογγώδη ικριώματα. Η αρχιτεκτονική των ικριωμάτων μελετήθηκε μέσω Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας Σάρωσης, παρέχοντας πληροφορίες για τις δομικές τους ιδιότητες. Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στο εργαστήριο Βιοϊατρικής Μηχανικής του Τμήματος Χημικών Μηχανικών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, με επιβλέπουσα την αναπληρώτρια καθηγήτρια κα. Αμαλία Αγγελή. Αποτελεί μία διεπιστημονική έρευνα μεταξύ του Τμήματος Χημικών Μηχανικών και του Τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών, με υπεύθυνο τον καθηγητή κ. Νικόλαο Μιχαηλίδη. Επιπλέον, η διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε σε συνεργασία με το Κέντρο Έρευνας και Ανάπτυξης Προηγμένων Υλικών (CERDAM) στο Κέντρο Διεπιστημονικής Έρευνας και Καινοτομίας (ΚΕΔΕΚ). Οι παραπάνω συνεργασίες παρείχαν πρόσθετους πόρους, ενισχύοντας τις ερευνητικές δυνατότητες, με στόχο την παραγωγή μιας ολοκληρωμένης έρευνας για το βιομελάνι κολλαγόνου.