Soft Elastic Fibrous Polyurethane based Scaffolds for Muscle Tissue Engineering

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Uribe Gómez, Juan Manuel:
Soft Elastic Fibrous Polyurethane based Scaffolds for Muscle Tissue Engineering.
Bayreuth , 2022 . - 109 S.
( Dissertation, 2022 , Universität Bayreuth, Bayreuther Graduiertenschule für Mathematik und Naturwissenschaften - BayNAT)
DOI: https://doi.org/10.15495/EPub_UBT_00006097

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Abstract

This current work addresses major problems in muscle tissue engineering, via tackling the basics of materials and their processing. First, stimuli-responsive polyurethane-based copolymers were melt electrowritten (MEW) to form aligned fibers on top of a 3D printed monolayer polymer film of methacrylate hyaluronic acid (HAMA) crosslinked with Eosin Y and triethanolamine. This monolayer acts as the base for inducing self-folding, which under certain conditions in water, swells. Since a gradient in crosslinking exists from top to bottom, a bending force is generated, resulting in folding. To achieve control over cell distribution inside self-folded tubes, it was proposed to pattern polyurethane copolymers (ex. PCL-PU) on top of HA-MA. This approach was successful as it could be seen that the cells had mostly adhered on top of the copolymer fibers. Second, different polyurethane-based copolymers were synthesized, characterized, and tested for fiber formation using touch-spinning (TS). The materials exhibit highly aligned microfiber formation, biodegradability and biocompatibility, which promoted cell alignment that is an essential key for muscle tissue engineering.

Abstract in weiterer Sprache

Diese aktuelle Arbeit adressiert wichtige Probleme im Bereich der Gewebekonstruktion oder Tissue Engineering wie Muskel Tissue Engineering, indem sie sich mit den Grundlagen von Materialien und ihrer Verarbeitung befasst. Zuerst wurden stimuliresponsive copolymere auf Polyurethanbasis schmelzelektrogeschrieben (melt electrowriting (MEW)) um ausgerichtete Fasern auf einem 3D-gedruckten Monoschicht-Polymerfilm aus Methacrylat-Hyaluronsäure (HAMA), vernetzt mit Eosin Y und Triethanolamin, zu bilden. Diese Monoschicht dient als Basis für die Induktion der Selbstfaltung, die unter bestimmten Bedingungen in Wasser quillt. Da ein Vernetzungsgradient von oben nach unten besteht, wird eine Biegekraft erzeugt, die zu einer Faltung führt. Um die Zellverteilung in selbstgefalteten Röhrchen zu kontrollieren, wurde vorgeschlagen, Polyurethan-Copolymere (z. B. PCL-PU) auf HA-MA zu strukturieren. Dieser Ansatz war erfolgreich, da ersichtlich war, dass die Zellen größtenteils auf den Copolymerfasern angehaftet waren. Zweitens wurden verschiedene polyurethanbasierte Copolymere synthetisiert, charakterisiert und auf Faserbildung unter Verwendung von Berührungsspinnen (Touch-spinning(TS)) getestet. Die Materialien weisen eine hochgradig ausgerichtete Mikrofaserbildung, biologische Abbaubarkeit und Biokompatibilität auf, was die Zellausrichtung fördert, die ein wesentlicher Schlüssel für das Muskelgewebe-Engineering ist.