Preparation of 3D printed bacterial cellulose based hydrogel for bone tissue engineering

Abstract

Günümüzün en yaygın sağlık problemlerinden biri doku kaybı, yaralanması ve zedelenmesidir. Birçok hasta uygun doku nakli için beklemektedir. Aynı hastadan doku alıp yine o hastaya emplante etmek veya ölü bir canlıdan doku alıp hastaya emplante etmenin ekonomik olmaması, bağışçı morbiditesi, anatomik kısıtlamalar gibi bazı dezavantajları vardır. Üç boyutlu yazdırılmış yapı iskeleleri kemik doku mühendisliğinde çok yaygın kullanılan malzeme türleridir. Yapı iskelesi üretiminde kullanılan polikaprolakton kemik doku mühendisliği için çok uygun mekanik özelliklere sahiptir. Polikaprolaktonla karıştırılan jelatin polimeri canlı içinde yeniden emilebilirlik ve antijenlik özelliği göstermez. Biyoçözünürlük ve biyouyumluluk özelliklerinden dolayı bakteriyel selüloz eklenmiştir. Hidroksiapatitin doğal kemiğin inorganik bölümüne kimyasal olarak benzemesinden dolayı kompozit içerisine eklenmiştir. Hücre testi analizinde hidroksiapatit konsantrasyonun etkisini gözlemleyebilmek için iki farkılı konsantrasyonda hidroksiapatit içeren çözelti hazırlanmıştır. Kemik doku mühendisliğinde kullanım için ideal pore boyutuna (~300 μm) sahip üç boyutlu yapı iskeleleri üretildi. Kompositler için mekanik, termal ve kimyasal analizler yapıldı. Hem bakteriyel selüloz hem de hidroksiapatit eklenmesi hücre çoğalmasını ve bağlanmasını artırmıştır. Bu sebeple polikaprolakton/jelatin/bakteriyel selüloz/hidroksiapatit komposit yapı iskeleleri kemik doku mühendisliği uygulamaları için yüksek potansiyele sahiptir.

One of the most common problems today is tissue loss, damage or injury. Many patients are waiting for appropriate tissue transplantation. Both of allograft and autograft have some disadvantages such as uneconomic, donor morbidity, anatomical restrictions, etc. 3D printed scaffolds are very common materials which are used in bone tissue engineering. Polycaprolactone which has excellent mechanical properties for bone tissue engineering was used in fabrication of scaffold. Another polymer gelatin which does not show resorbability or antigenicity in vivo was mixed with PCL. Bacterial cellulose was added due to its biocompatibility and biodegradability properties. Hydroxyapatite was added to the composite because its chemical structure is similar to the inorganic part of natural bone. In order to see the effect of the amount of hydroxyapatite in the cell test analysis, two different hydroxyapatite concentrates were prepared. 3D scaffolds with ideal pore size (~300 μm) for use in bone tissue engineering were fabricated. Mechanical, thermal and chemical analyses were carried out for composites. The addition of both bacterial cellulose (BC) and hydroxyapatite (HA) into PCL/GEL scaffold increased cell proliferation and attachment. Therefore PCL/GEL/BC/HA composite scaffold has a great potential for bone tissue engineering applications.