Published September 1, 2023 | Version v1
Publication Open

CNT incorporation improves the resolution and stability of porous 3D printed PLGA/HA/CNT scaffolds for bone regeneration

Creators

  • 1. Boğaziçi University
  • 2. Istanbul Technical University
  • 3. Istanbul University

Description

In this study, 3D printed porous poly(lactide-co-glycolide) (PLGA) and its nanocomposites with 5 wt. % hydroxyapatite (HA) and 0.5, 1 and 2 wt. % carboxyl-functionalized multi-walled carbon nanotube (CNT) scaffolds were fabricated by using extrusion-based printing. The printing parameters were optimized by rheological studies. The rheological studies demonstrated shear thinning properties for all compositions and an increase in storage modulus was observed after the addition of CNT. Porous PLGA/HA/CNT scaffolds were printed by applying a pressure of 4.76 bar at 125 °C. The addition of 0.5 wt. % of CNT reduced the strut size and increased the porosity from 42% to 60%. The increase in storage modulus and decrease in strut size were related to hydrogen bonding between CNT, HA and PLGA which ultimately improved shape fidelity. The scaffolds were characterized by analysis of their chemical structure, water contact angle measurement,in vitrobioactivity test, biodegradation test, mechanical analysis, andin vitrocell studies. The scaffolds were found to be more hydrophilic by the incorporation of CNTs. Also, degradation studies showed that the microstructure of the scaffold became more stable with the addition of HA and CNT. The compressive modulus of PLGA/HA/CNT2 scaffold was found to be 548.5 MPa, which is found suitable to replace cancellous bone. The scaffolds were found to be highly biocompatible which is possibly due to alignment of CNT and PLGA during 3D printing process. Alizarin red staining indicated improvement of mineralization of MC3T3-E1 cells on the CNT incorporated porous 3D scaffolds. The results suggest that the produced porous 3D printed PLGA/HA/CNT scaffolds are promising for bone regeneration applications.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

في هذه الدراسة، تم تصنيع سقالات بولي مسامية مطبوعة ثلاثية الأبعاد (لاكتيد- كو- جليكوليد) (PLGA) ومركباتها النانوية مع 5 ٪ بالوزن من هيدروكسي أباتيت (HA) و 0.5 و 1 و 2 ٪ بالوزن من السقالات النانوية الكربونية متعددة الجدران التي تعمل بالكربوكسيل (CNT) باستخدام الطباعة القائمة على البثق. تم تحسين معلمات الطباعة من خلال الدراسات الريولوجية. أظهرت الدراسات الريولوجية خصائص ترقق القص لجميع التركيبات ولوحظت زيادة في معامل التخزين بعد إضافة CNT. تمت طباعة سقالات PLGA/HA/CNT المسامية من خلال تطبيق ضغط 4.76 بار عند 125 درجة مئوية. أدت إضافة 0.5 ٪ بالوزن من الكونفدرالية إلى تقليل حجم الدعامة وزيادة المسامية من 42 ٪ إلى 60 ٪. ارتبطت الزيادة في معامل التخزين والانخفاض في حجم الدعامة بالارتباط الهيدروجيني بين CNT و HA و PLGA مما أدى في النهاية إلى تحسين دقة الشكل. تميزت السقالات بتحليل تركيبها الكيميائي، وقياس زاوية التلامس مع الماء، واختبار النشاط البيولوجي في المختبر، واختبار التحلل البيولوجي، والتحليل الميكانيكي، ودراسات الخلايا المختبرية. تم العثور على السقالات لتكون أكثر ماءً من خلال دمج الـ CNTs. كما أظهرت دراسات التحلل أن البنية المجهرية للسقالة أصبحت أكثر استقرارًا مع إضافة HA و CNT. وجد أن معامل الانضغاط لسقالة PLGA/HA/CNT2 هو 548.5 ميجا باسكال، والذي وجد أنه مناسب لاستبدال العظم الإسفنجي. تم العثور على السقالات متوافقة حيوياً للغاية والتي ربما تكون بسبب محاذاة CNT و PLGA أثناء عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد. أشارت صبغة الأليزارين الحمراء إلى تحسن تمعدن خلايا MC3T3 - E1 على السقالات ثلاثية الأبعاد المسامية المدمجة في CNT. تشير النتائج إلى أن السقالات المطبوعة ثلاثية الأبعاد المسامية PLGA/HA/CNT واعدة لتطبيقات تجديد العظام.

Translated Description (French)

Dans cette étude, des échafaudages de poly(lactide-co-glycolide) (PLGA) poreux imprimés en 3D et ses nanocomposites avec 5 % en poids d'hydroxyapatite (HA) et 0,5, 1 et 2 % en poids de nanotubes de carbone multi-parois fonctionnalisés par carboxyle (CNT) ont été fabriqués à l'aide d'une impression par extrusion. Les paramètres d'impression ont été optimisés par des études rhéologiques. Les études rhéologiques ont démontré des propriétés d'amincissement par cisaillement pour toutes les compositions et une augmentation du module de stockage a été observée après l'ajout de CNT. Les échafaudages poreux PLGA/HA/CNT ont été imprimés en appliquant une pression de 4,76 bar à 125 °C. L'ajout de 0,5 % en poids de CNT a réduit la taille de l'entretoise et augmenté la porosité de 42 % à 60 %. L'augmentation du module de stockage et la diminution de la taille des entretoises étaient liées à la liaison hydrogène entre CNT, HA et PLGA, ce qui a finalement amélioré la fidélité de la forme. Les échafaudages ont été caractérisés par une analyse de leur structure chimique, une mesure de l'angle de contact avec l'eau, un test de vitrobioactivité, un test de biodégradation, une analyse mécanique et des études sur les cellules vitro. Les échafaudages se sont révélés plus hydrophiles par l'incorporation de NTC. En outre, les études de dégradation ont montré que la microstructure de l'échafaudage est devenue plus stable avec l'ajout de HA et de CNT. Le module de compression de l'échafaudage PLGA/HA/CNT2 s'est avéré être de 548,5 MPa, ce qui convient pour remplacer l'os spongieux. Les échafaudages se sont révélés hautement biocompatibles, ce qui est peut-être dû à l'alignement du CNT et du PLGA au cours du processus d'impression 3D. La coloration au rouge d'alizarine a indiqué une amélioration de la minéralisation des cellules MC3T3-E1 sur les échafaudages 3D poreux incorporés par CNT. Les résultats suggèrent que les échafaudages poreux PLGA/HA/CNT imprimés en 3D produits sont prometteurs pour les applications de régénération osseuse.

Translated Description (Spanish)

En este estudio, se fabricaron poli(láctido-co-glicólido) poroso impreso en 3D (PLGA) y sus nanocompuestos con 5% en peso de hidroxiapatita (HA) y 0.5, 1 y 2% en peso de andamiajes de nanotubos de carbono de múltiples paredes (CNT) funcionalizados con carboxilo mediante el uso de impresión basada en extrusión. Los parámetros de impresión se optimizaron mediante estudios reológicos. Los estudios reológicos demostraron propiedades de adelgazamiento por cizallamiento para todas las composiciones y se observó un aumento en el módulo de almacenamiento después de la adición de CNT. Los andamios porosos de PLGA/HA/CNT se imprimieron aplicando una presión de 4,76 bar a 125 °C. La adición de 0.5% en peso de CNT redujo el tamaño del puntal y aumentó la porosidad de 42% a 60%. El aumento en el módulo de almacenamiento y la disminución en el tamaño del puntal se relacionaron con los enlaces de hidrógeno entre CNT, HA y PLGA, lo que finalmente mejoró la fidelidad de la forma. Los andamios se caracterizaron por el análisis de su estructura química, la medición del ángulo de contacto con el agua,en la prueba de vitrobioactividad, la prueba de biodegradación, el análisis mecánico y en estudios de células vitro. Se encontró que los andamios eran más hidrófilos por la incorporación de CNT. Además, los estudios de degradación mostraron que la microestructura del andamio se volvió más estable con la adición de HA y CNT. Se encontró que el módulo de compresión del andamio PLGA/HA/CNT2 era de 548,5 MPa, que se considera adecuado para reemplazar el hueso esponjoso. Se descubrió que los andamios eran altamente biocompatibles, lo que posiblemente se deba a la alineación de CNT y PLGA durante el proceso de impresión 3D. La tinción con rojo de alizarina indicó una mejora de la mineralización de las células MC3T3-E1 en los andamios 3D porosos incorporados en CNT. Los resultados sugieren que los andamios PLGA/HA/CNT porosos impresos en 3D producidos son prometedores para aplicaciones de regeneración ósea.

Files

pdf.pdf

Files (11.9 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:7105b5a5ab8560744611c256aeb116ff
11.9 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
يعمل دمج CNT على تحسين دقة واستقرار سقالات PLGA/HA/CNT المطبوعة ثلاثية الأبعاد المسامية لتجديد العظام
Translated title (French)
L'incorporation de NTC améliore la résolution et la stabilité des échafaudages poreux PLGA/HA/NTC imprimés en 3D pour la régénération osseuse
Translated title (Spanish)
La incorporación de CNT mejora la resolución y la estabilidad de los andamios porosos PLGA/HA/CNT impresos en 3D para la regeneración ósea

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4386021275
DOI
10.1088/1748-605x/acf25d

Is supplement to
https://openalex.org/W1128887588 (Other)
https://openalex.org/W2955967127 (Other)
https://openalex.org/W2945778846 (Other)
https://openalex.org/W2315508261 (Other)
https://openalex.org/W2393554192 (Other)
https://openalex.org/W3008959511 (Other)
https://openalex.org/W2058795891 (Other)
https://openalex.org/W2359463116 (Other)
https://openalex.org/W2362875760 (Other)
https://openalex.org/W392422591 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Turkey

References

  • https://openalex.org/W1552151947
  • https://openalex.org/W1895549913
  • https://openalex.org/W1938466639
  • https://openalex.org/W1970784751
  • https://openalex.org/W1984685797
  • https://openalex.org/W1991408275
  • https://openalex.org/W2033990361
  • https://openalex.org/W2069861520
  • https://openalex.org/W2074264405
  • https://openalex.org/W2076128323
  • https://openalex.org/W2086699454
  • https://openalex.org/W2093096758
  • https://openalex.org/W2229415888
  • https://openalex.org/W2235811929
  • https://openalex.org/W2267854315
  • https://openalex.org/W2321214840
  • https://openalex.org/W2472440902
  • https://openalex.org/W2473502991
  • https://openalex.org/W2528345683
  • https://openalex.org/W2559371063
  • https://openalex.org/W2574533880
  • https://openalex.org/W2581509008
  • https://openalex.org/W2592871918
  • https://openalex.org/W2599536206
  • https://openalex.org/W2753611131
  • https://openalex.org/W2765665049
  • https://openalex.org/W2766884880
  • https://openalex.org/W2769685187
  • https://openalex.org/W2774552862
  • https://openalex.org/W2783781571
  • https://openalex.org/W2791071508
  • https://openalex.org/W2793736239
  • https://openalex.org/W2793865008
  • https://openalex.org/W2796994548
  • https://openalex.org/W2801706183
  • https://openalex.org/W2809871512
  • https://openalex.org/W2883799062
  • https://openalex.org/W2887179726
  • https://openalex.org/W2892790093
  • https://openalex.org/W2896644900
  • https://openalex.org/W2900313041
  • https://openalex.org/W2908079042
  • https://openalex.org/W2908869132
  • https://openalex.org/W2909537306
  • https://openalex.org/W2941012726
  • https://openalex.org/W2944955157
  • https://openalex.org/W2946097842
  • https://openalex.org/W2956545950
  • https://openalex.org/W2965010414
  • https://openalex.org/W2978703216
  • https://openalex.org/W2983522850
  • https://openalex.org/W3007562038
  • https://openalex.org/W3025562039
  • https://openalex.org/W3036099626
  • https://openalex.org/W3037677710
  • https://openalex.org/W3047809093
  • https://openalex.org/W3048332390
  • https://openalex.org/W3060054487
  • https://openalex.org/W3082145519
  • https://openalex.org/W3096430071
  • https://openalex.org/W3105046394
  • https://openalex.org/W3111300787
  • https://openalex.org/W3121929526
  • https://openalex.org/W3155501953
  • https://openalex.org/W3159441991
  • https://openalex.org/W3165333683
  • https://openalex.org/W3204840490
  • https://openalex.org/W4206161395
  • https://openalex.org/W4283455825
  • https://openalex.org/W4309163162