Engineering 3D degradable pliable scaffolds for adipose tissue regeneration : Advancing cell-material interactions by understanding the influence from thermal, chemical, mechanical properties and scaffold design

• In soft tissue defects that arise due to trauma, tumor resections and complex burns, a significant loss in adipose tissue remains a considerable challenge due to the insufficient regenerative capacity of the tissue. This thesis focuses on assessing cell-material interactions between degradable 3D polymer scaffolds with different designs and adipose tissue-derived stem cells. This knowledge can be used to engineer 3D scaffolds with adequate physio-chemical and mechanical properties along with an appropriate design that augments adipose tissue regeneration.Salt-leaching 3D scaffolds were fabricated from various medical-grade polyesters, and cellular behavior was evaluated by correlating the physical, chemical, and mechanical properties of the scaffolds. The results showed that the glass transition temperature modulated the mechanical properties of the scaffolds, affecting stem cell proliferation and adipogenic differentiation. The same sets of polymers were further used in melt extrusion-based 3D printer and printability was established for the fabrication of customized 3D scaffolds. Based on printability and cell-scaffolds interaction results, poly (L-lactide-co-trimethylene carbonate) was used to print 3D scaffolds in different soft and pliable designs that promoted adipogenic differentiation. To fabricate even softer, and more hydrophilic 3D scaffolds, poly (ɛ-caprolactone-co-p-dioxanone) and a unique scaffold design were utilized within the research group. The copolymer 3D scaffolds were further combined with knitted mesh and electrospun nanofibers to develop scaffolds with multilayer architecture, modular scaffolds. The in vitro results asserted that the modular scaffold enhanced cell-material interactions by almost five times of those observed for the scaffold alone. Therefore, it can be concluded that softness and pliability are crucial and an appropriate scaffold design with adequate mechanical support is required for enhancing cell-material interaction. The in vitro results asserted that the modular scaffold enhanced cell-material interactions by almost five times of those observed for the scaffold alone. Therefore, it can be concluded that softness and pliability are crucial and an appropriate scaffold design with adequate mechanical support is required for enhancing cell-material interaction. The in vitro results asserted that the modular scaffold enhanced cell-material interactions by almost five times of those observed for the scaffold alone. Therefore, it can be concluded that softness and pliability are crucial and an appropriate scaffold design with adequate mechanical support is required for enhancing cell-material interaction.

• I mjukvävnadsdefekter som uppstår på grund av trauma, tumörresektioner och komplexa brännskador förblir en signifikant förlust av fettvävnad en utmaning på grund av vävnadens otillräckliga regenereringskapacitet. Denna avhandlingen fokuserar på att förstå interaktionerna mellan polymerer och celler, mellan nedbrytbara 3D-polymermatriser med olika design och stamceller som härrör från fettvävnad. Resultaten ger kunskap för att kunna skapa 3D-matriser med lämpliga fysikalisk-kemiska och mekaniska egenskaper som tillsammans med en lämplig design ger möjlighet för fettvävnadsregenerering.Saltlakade 3D-matriser tillverkades av polyestrar av medicinsk kvalitet, cellernas beteende utvärderades för att korrelera matrisens fysiska, kemiska och mekaniska egenskaper. Resultaten visade att glasomvandlingstemperaturen påverkade matrisens mekaniska egenskaper, vilket i sin tur påverkade stamcellsförökning och den adipogena differentieringen. Samma uppsättning polymerer användes i en extruderbaserad 3D-skrivare för att tillverka 3D-matriser. Baserat på hur polymererna påverkades av 3D-skrivaren och resultat från interaktionerna mellan celler och polymerer valdes poly(L-laktid-sam-trimetylenkarbonat) för att skriva ut mjuka och böjbara 3D-matriser samt främja adipogen differentiering.För att tillverka ännu mjukare, böjliga och mer hydrofila 3D-matriser syntetiserades en ny polymer inom forskargruppen, poly(ɛ-kaprolakton-sam-p-dioxanon), och en unik matrisdesign togs fram. 3D-matrisen kombinerades vidare med stickade nät och elektrospunna nanofibrer för att utveckla multilagermatriser, modulmatriser. In vitro-resultaten visade att modulmatrisen förbättrade cell-materialinteraktionen nästan fem gånger i jämförelse med endast 3D-matrisen. Slutsatsen är att matrisens mjukhet och böjlighet är avgörande och att en anpassad matrisdesign med lämpligt mekaniskt stöd krävs för att förbättra cell-materialinteraktionen. 

Ämnesord

MEDICIN OCH HÄLSOVETENSKAP  -- Medicinsk bioteknologi -- Biomaterialvetenskap (hsv//swe)

MEDICAL AND HEALTH SCIENCES  -- Medical Biotechnology -- Biomaterials Science (hsv//eng)

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Kemiteknik -- Polymerteknologi (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Chemical Engineering -- Polymer Technologies (hsv//eng)

Nyckelord

Degradable polymers

3D scaffolds

adipose tissue regeneration

cell-material interaction

Fiber- och polymervetenskap

Fibre and Polymer Science

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

dok (ämneskategori)