Development of a novel bioink based on host-guest supramolecular interactions

Abstract

At present, due to the shortage of tissues and organs for transplantation, there is a growing attention towards the field of regenerative medicine. 3D bioprinting techniques are used to create cell embedded scaffolds that mimic the solid 3D network that most cells require to survive. Hydrogels are ideal scaffold candi-dates because of their hight water content and tissue-like elasticity. However, bioinks used in 3D bioprinting need to be simultaneously fine-tuned to be bio-compatible and printable, as such, there is still a need for improvement. To tackle this challenge the preparation of a bioink made of silk and cyclodex-trin modified gelatine (GelM) was investigated. While, silk provides strong me-chanical features, elasticity and controllable biodegradability, gelatine offers bio-adhesive motifs. The results show that the host-guest interactions between the cyclodextrin on gelatine and the Tyr on silk polymeric chain seemed to be correlated with shear-thinning behaviour and an increase in viscosity of the Silk-GelM blend at rest. Furthermore, the presence of these physical interactions imparted self-healing properties and caused an overall increase in elasticity of the construct. All these characteristics are advantageous for printability and cellular viability. Additionally, preliminary printability tests strongly suggest that the developed formulation can be successfully printed.

Atualmente, devido à escassez de tecidos e órgãos para transplante há uma crescente atenção dada à área da medicina regenerativa. As técnicas de bioim-pressão 3D são usadas para criar células encapsuladas em estruturas tridimen-sionais que mimetizam a rede sólida 3D que a maioria das células necessita para sobreviver. Os hidrogéis, são candidatos ideais para formar estas estrutu-ras porque possuem um elevado nível de hidratação e elasticidade semelhante à dos tecidos nativos. No entanto, as biotintas utilizadas na bioimpressão 3D necessitam de ser, simultaneamente, biocompatíveis e imprimíveis, o que torna a sua formulação desafiante. Por esta razão, ainda há espaço para melhorar os biomaterials que existem atualmente para cumprir esta função. Com o intuito de ultrapassar este desafio, a preparação de um biotinta feita de seda e de gelatina modificada com ciclodextrina (GelM) foi investigada. En-quanto a seda possui boas características mecânicas e elasticidade a gelatina oferece motivos de bioadesão. Os resultados mostram que as interações hospedeiro-convidado entre a ciclo-dextrina presente na gelatina e as tirosinas da seda aumentam a viscosidade da mistura Seda - GelM em repouso e fazem com que esta diminua a sua viscosi-dade quando uma força lhe é aplicada. Para além disso, a presença destas interações físicas parece estar correlacio-nada com a capacidade de autorregeneração e com o aumento da elasticidade da estrutura. Todas estas caraterísticas são vantajosas para a impressão e via-bilidade celular. Adicionalmente, os testes preliminares de impressão sugerem que a formulação desenvolvida pode ser impressa.