Self-assembling Bioinks for Tissue Engineering and Regenerative Medicine

Els avenços en la bioimpressió 3D han permès la fabricació de construccions de teixits complexes, però encara persisteix el repte de trobar un equilibri entre la fidelitat estructural dels bastidors impresos i la funcionalitat biològica necessària per a l’enginyeria de teixits i la medicina regenerativa (TERM). Aquesta tesi aborda aquest repte mitjançant el desenvolupament d’estratègies de biofabricació per imprimir biotintes de pèptids autoassemblants de baixa viscositat que formen espontàniament estructures nanofibroses per donar suport a la viabilitat i funció cel·lular. El treball inicial es va centrar en l’optimització reològica d’hidrogels basats en metilcel·lulosa per millorar la imprimibilitat i la supervivència cel·lular. Un estudi sistemàtic va identificar els paràmetres clau de composició i processament que equilibraven el comportament d'extrusió amb la integritat estructural. A partir d’això, es va desenvolupar un sistema de bioimpressió per extrusió coaxial utilitzant una impressora 3D de sobretaula modificada, que permetia la deposició simultània d’un nucli hidrogel tou i una beina de suport mecànic per a la fabricació de construccions 3D estables. Aquest sistema coaxial es va adaptar per imprimir hidrogels de pèptids autoassemblants RADA16-I. Durant l'extrusió, la beina d’hidrogel basada en metilcel·lulosa, mecànicament robusta, estabilitzava l’estructura i iniciava l’autoassemblatge de l’hidrogel peptídic. Els bastidors resultants presentaven una fidelitat de forma a llarg termini, i la matriu de pèptid RADA16-I donava suport tant al comportament contràctil com a la diferenciació osteogènica de les cèl·lules mare mesenquimals encapsulades. Finalment, la plataforma de bioimpressió es va adaptar per fabricar bastidors d’hidrogel amb gradients continus tant de cèl·lules com de materials. Una boquilla coaxial personalitzada amb un mesclador integrat permetia la mescla en línia de biotintes de pèptid RADA16-I durant la impressió. Es van fabricar construccions amb cèl·lules que presentaven transicions suaus entre diferents poblacions cel·lulars i composicions materials, donant suport a la viabilitat cel·lular, a l’organització estructural i a les interaccions guiades espacialment entre poblacions cel·lulars. En conjunt, aquest treball presenta una estratègia integral per integrar la bioimpressió per extrusió amb sistemes d’hidrogel de pèptids autoassemblants, avançant en la fabricació d’estructures biomimètiques per a aplicacions en TERM.