Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10773/40719
Title: Automatic biofabrication of grafts combining 3D electrospinning and hydrogel fusion for tissue engineering
Other Titles: Biofabricação automática de enxertos combinando eletrofiação 3D e fusão de hidrogel para engenharia de tecidos
Author: Simões, Vitor Gabriel Costa
Advisor: Completo, António
Marques, Paula
Keywords: Cartilage
Tissue engineering
Biofabrication
3D electrospinning
Hydrogel
Scaffoldsv
Defense Date: 8-Nov-2023
Abstract: The development of new processes and biomaterials has allowed cartilage tissue engineering to produce more and more structures capable of reproducing the physiological and biological properties of native articular cartilage. However, to date none of the solutions developed have found clinical applicability, with most still remaining in the laboratory domain. This work is therefore a further contribution towards exploring the processes and biomaterials associated with cartilage tissue engineering. The aim of this study was to understand how the processes of 3D electrospinning and fusion of different hydrogels and compositions combined with parallel electrospinning of polycaprolactone (PCL)/gelatine (Gel) fibers alter the properties of the grafts obtained for potential application in cartilage tissue engineering. This paper provides a brief description of articular cartilage in terms of its constitution and biomechanical behavior. The topic of tissue engineering is also developed, with a special focus on the processes and materials applied to cartilage tissue engineering. In the laboratory, a series of exploratory electrospinning tests were carried out on different hydrogels and their respective compositions in an attempt to assess the feasibility of their production. Polyvinyl acid (PVA), polyethylene oxide (PEO) and polyvinylpyrrolidone (PVP) hydrogels were selected in different combinations and compositions for the 3D electrospinning process and agarose for the fusion process. Five combinations of grafts with identical architecture were then manufactured automatically using 3D electrospinning and fusion equipment. These grafts were then characterized in terms of the alignment and architecture of the fibres, fibre diameter, pore size, weight, thickness and modulus of elasticity to compression of the graft with and without swelling. The results were compared and an ANOVA statistical analysis was carried out. The results show that the different hydrogels and their respective compositions lead to different properties, although most of the differences obtained are not significant. The significance occurs essentially in the different parameters analyzed between the states before and after swelling. In terms of mechanical properties, it can be seen that after swelling the grafts decrease significantly, with only one significant difference being found between PCL/Gel/PVP and PCL/Gel/agarose grafts. The results obtained show that the mechanical properties obtained are lower than those of native cartilage, showing that further work is needed in order to optimize these processes and materials.
O desenvolvimento de novos processos e biomateriais tem permitido que a engenharia de tecidos de cartilagem produza cada vez mais estruturas capazes de reproduzir as propriedades fisiológicas e biológicas da cartilagem articular nativa. No entanto, até ao presente nenhuma das soluções desenvolvidas encontrou uma aplicabilidade clínica, restando a sua maioria ainda no domínio laboratorial. Assim, o presente trabalho é mais um contributo neste caminho da exploração dos processos e biomateriais associados a engenharia de tecidos de cartilagem. O presente trabalho teve como objetivo compreender de que forma os processos de eletrofiação 3D e fusão de diferentes hidrogéis e composições combinados com a eletrofiação paralela de fibras de policaprolactona (PCL)/gelatina (Gel) alteram as propriedades dos enxertos obtidos para potencial aplicação na engenharia de tecidos de cartilagem. No presente trabalho realiza-se uma breve descrição da cartilagem articular em termos da sua constituição e comportamento biomecânico. Igualmente é desenvolvido o tópico da engenharia de tecidos com especial foco nos processos e materiais aplicados à engenharia de tecidos de cartilagem. No trabalho laboratorial procedeu-se a realização de um conjunto de ensaios exploratórias de eletrofiação de diferentes hidrogéis e respetivas composições procurando-se avaliar a viabilidade da sua produção. Foram assim selecionados os hidrogéis ácido polivinílico (PVA), óxido de polietileno (PEO), e polivinilpirrolidona (PVP) em diferentes combinações e composições para o processo de eletrofiação 3D e a agarose para o processo de fusão. Foram posteriormente fabricados de forma automática com recurso a um equipamento de eletrofiação 3D e fusão cinco combinações de enxertos com uma arquitetura idêntica. Estes enxertos foram posteriormente caracterizados em termos do alinhamento e arquitetura das fibras, diâmetro da fibra, tamanho de poro, peso, espessura e modulo de elasticidade à compresãao do enxerto com e sem intumescimento (swelling). Os resultados foram comparados e realizada uma análise estatística ANOVA. Os resultados evidenciam que os diferentes hidrogéis e respetivas composições conduzem a diferentes propriedades destes, no entanto as diferenças obtidas não são na sua maioria significativas. A significância ocorre essencialmente nos diferentes parâmetros analisados entre os estados anterior e após intumescimento. Em termos das propriedades mecânicas verifica-se que após intumescimento dos enxertos estas diminuem significativamente sendo apenas encontrada uma diferença significativa entre os enxertos de PCL/Gel/PVP e PCL/Gel/agarose. Os resultados obtidos evidenciam que as propriedades mecânicas obtidas são inferiores aos valores da cartilagem nativa, evidenciando que mais trabalho futuro é necessário por forma a otimizar estes processos e materiais.
URI: http://hdl.handle.net/10773/40719
Appears in Collections:UA - Dissertações de mestrado
DEM - Dissertações de mestrado

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Documento_Vítor_Simões.pdf3.76 MBAdobe PDFView/Open


FacebookTwitterLinkedIn
Formato BibTex MendeleyEndnote Degois 

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.