Melt electrowriting with nanodiamond integration for biomedical advancements

Smelt-elektroschrijven met nanodiamantintegratie voor biomedische vooruitgang

De ontwikkeling van innovatieve technieken voor het manipuleren van huidweefsel heeft de biomedische wetenschap aanzienlijk vooruit geholpen. Smeltelektroschrijven (melt electrowriting, MEW) biedt een veelbelovende aanpak voor het creëren van geavanceerde polymeerstructuren met hoge precisie. In combinatie met nanodiamanten (ND's) en hydrogels kunnen deze structuren worden toegepast in biomedische technologieën, zoals huidmodellen, wondverbanden en scaffoldconstructies. Dit onderzoek van Xixi Wu richt zich op de integratie van fluorescerende nanodiamanten (FND's) en ND's in MEW-polymeersteigers om hun mechanische, biologische en functionele eigenschappen te verbeteren. Daarnaast worden toepassingen zoals in vitro huidmodellen en evaluatieplatforms voor klinische producten besproken.

Hoofdstuk 1 introduceert de technieken voor huidweefselmanipulatie en benadrukt de veelzijdigheid van MEW voor het vervaardigen van huidmodellen.

Hoofdstuk 2 beschrijft de integratie van biocompatibele fluorescerende nanodiamanten in polycaprolacton (PCL), het standaardmateriaal in MEW. Deze FND-geïntegreerde steigers (PCL-FND's) vertonen verbeterde trekmoduli en verhoogde celproliferatie met een factor twee. De aanwezigheid van FND's vertraagd ook de hydrolytische degradatie en maakt realtime monitoring van de afbraak mogelijk dankzij hun fluorescerende eigenschappen. Deze resultaten tonen de meerwaarde aan van FND's bij het verbeteren van de mechanische eigenschappen en functionaliteit van polymeerstructuren.

In Hoofdstuk 3 zijn PLA/ND-scaffolds ontwikkeld en gecoat met gequaterniseerde β-chitine (QβC). De ND’s fungeerden als vulstoffen en bioactieve componenten, die niet alleen de thermische stabiliteit en celproliferatie verbeterden, maar ook de bacteriegroei remden. Dit multifunctionele wondverband biedt ondersteuning voor celadhesie en remodellering van de extracellulaire matrix, wat het potentieel onderstreept voor toepassingen bij wondgenezing.

Hoofdstuk 4 richt zich op de ontwikkeling van driedimensionale huidmodellen. MEW-steigers gecombineerd met GelMA-hydrogel bieden optimale ondersteuning voor de reconstructie van de epidermis en dermis. Variaties in porositeit en poriegroottes optimaliseren celverdeling en extracellulaire matrixvorming, waarmee een platform voor toxiciteitstesten en fundamenteel biologisch onderzoek wordt ontwikkeld.

Hoofdstuk 5 demonstreert de bruikbaarheid van MEW-scaffolds in huidequivalenten (FTSE's) voor het testen van UVA-schade en de effectiviteit van antioxidanten zoals theepolyfenolen. Innovatieve technieken zoals T1-relaxometrie maken het mogelijk om de vorming van vrije radicalen op cellulair niveau te volgen.

Dit onderzoek benadrukt het potentieel van nanodiamanten en MEW-polymeerstructuren in biomedische toepassingen. De verbeterde eigenschappen van de steigers en de succesvolle ontwikkeling van in vitro huidmodellen bieden een duurzaam alternatief voor dierproeven. Met deze vooruitgang worden nieuwe mogelijkheden geopend voor regeneratieve geneeskunde en klinisch onderzoek.

Proefschrift: https://hdl.handle.net/11370/18449264-eed2-4771-bc10-7e572031cfb5