Design av 3D-skrivna och stickade nedbrytbara ställningar
- Diarienummer
- RMA15-0010
- Start- och slutdatum
- 160501-221031
- Beviljat belopp
- 24 970 908 kr
- Förvaltande organisation
- KTH - Royal Institute of Technology
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Vår uppfattning är att cellinteraktioner, genom mekanisk påverkan resulterar i en bättre ombildning och därför regenererar en mer funktionell bindväv. Vi kommer i detta projekt designa ställningar som optimerar den mekaniska påverkan. Porösa och nedbrytbara ställningar skall skapas genom att kombinera formbarheten hos stickade nät med mekanisk styvhet hos homogena strukturer tillverkade med 3D-skrivare. Den arkitekturella designfriheten som denna strategi ger är nästan oändlig på grund av möjligheten att variera fibertjocklek, antalet individuella fibrer i multifilamentet och olika stickmönster. Det är möjligt att erhålla en styv del och en flexibel del i samma ställning, om det behövs för att erhålla en optimal mekanisk påverkan. Dessa ställningar kommer att vara användbara för mjukvävnadsregenerering, till exempel för användning vid bröstrekonstruktion efter mastektomi, vid regenerering av senor/ligament, muskelfästen och för att skapa mjukvävnad efter brännskador. Materialet har en central roll i projektet eftersom både 3D-skrivare och smältspinning kräver höga temperaturer, vilket ger förändringar i och nedbrytning av polymeren. I första delen i detta projekt är därför målet att optimera polymerstrukturen, anpassa den till processerna. I andra delen skall ställningar designas medan den tredje delen inkluderar karakterisering och optimering.
Populärvetenskaplig beskrivning
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.