Engineering 3D printed and knitted degradable scaffolds
- Reference number
- RMA15-0010
- Start and end dates
- 160501-221031
- Amount granted
- 24 970 908 SEK
- Administrative organization
- KTH - Royal Institute of Technology
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
We believe that cell interaction, through mechanotransduction, results in better remodeling and therefore regeneration of functional connective tissue. We will design porous, degradable scaffolds which optimize mechanotransduction, the scaffolds combine the pliability of knitted meshwork with the mechanical rigidity of homogeneous structures made by 3D printing. The architectural design freedom of these scaffolds is nearly unlimited due to the ability to vary porosity, mechanical modulus and shape with the same material composition by varying fiber thickness, the number of individual fibers in a multifilament, and different knitting patterns. It is possible to have one rigid side and one flexible side, if that combination provides optimal mechanotransduction. These scaffolds will be suitable for soft tissue engineering, for example in breast reconstruction after mastectomy, regeneration of tendon/ligament, muscle junction and for soft tissue augmentation after burns wounds. The material chosen is central to this project since both 3D printing and melt spinning are performed at high temperatures, resulting in scrambling and degradation of the polymer. The first part of the project therefore aims to optimize the polymer structure to better suit these processes; the second part to design the scaffold; and the third part to characterize and optimize the scaffold.
Popular science description
Vävnadsregenereringsforskningen föddes i slutet av 80-talet och kan generellt delas in i tre stadier. I början användes inerta material, sedan följde en period av bioaktiva och nedbrytbara material och idag fokuserar forskningen på bioresponsiva material. En viktig komponent i vävnadsregenerering är de tredimensionella polymera ställningarna. Ställningarna skall skapa en miljö så att celler trivs där och regenererar vävnad. Det har visat sig att om man utsätter dessa ställningar för mekanisk påverkan regenereras vävnaden bättre. Dessutom kan ställningarna funktionaliseras för att optimera adhesionen av celler. De ställningar som skall designas i detta projekt kommer, förutom att vara nedbrytbara, vara funktionaliserade och de skall optimera den mekaniska påverkan. Vi kommer att använda formbara stickade nät, när dessa sätts ihop med 3D-skrivna stöttepelare skapas oändligt många designmöjligheter. Även inom en ställning kommer det att vara möjligt att påverka de mekaniska egenskaperna, en formbar sida och en styv del till exempel. Ställningar med dessa egenskaper har många möjliga applikationer inom mjukvävnadsregenerering. Exempel är vid bröstrekonstruktion efter mastektomi, vid regenerering av senor/ligament, muskelfästen och för att skapa mjukvävnad efter brännskador. För att lyckas skapa ställningarna är materialvalet av stor vikt. Problemet idag är att de nedbrytbara polymererna förstörs i en 3D-skrivare och vid smältspinning (vid smältspinning skapas de fibrer som används vid stickning av nät). Temperaturen i dessa processer är hög och de väldefinierade polymererna förändras. Målet i projektets första del är därför att förstå hur polymererna påverkas i processerna och därefter välja de polymerer som skall användas vidare i projektet. Den andra utmaningen kommer vara att bygga ställningen med hjälp av nät och stöttepelare. Simuleringar blir ett viktigt hjälpmedel, men sedan är det många tester och erfarenhet som tillslut kommer vara avgörande. Karakterisering av mekaniska egenskaper, nedbrytningsprofil och biokompatibilitet kommer utgöra viktiga parametrar. För att nå projektets mål kommer forskare med specialkompetens inom polymersyntes och karakterisering att samarbeta med företag som tillverkar 3D skrivare och med företag som idag producerar nedbrytbara nät. Tillsammans kommer vi att skapa formbara tredimensionella ställningar, vilka ger en optimal mekanisk påverkan och fantastisk mjukvävnadsregenerering.