Chemie Academie - 3D-printing van biodegradeerbare polymeren voor botweefselherstel

Tot op vandaag blijft het gebruik van autografts en synthetische implantaten een van de gouden standaarden om defecten van hard weefsel (bv. bot en kraakbeen) te vervangen. Hoewel autologe transplantatie succesvol kan worden toegepast met een minimaal risico op infectie, is het vaak geen geschikte oplossing door schade aangebracht op de donorplaats. Verder kunnen synthetische implantaten worden beschouwd als een veelbelovend alternatief voor autologe transplantaties. Nochtans zijn de momenteel beschikbare synthetische implantaten gevoelig voor infecties en bovendien zijn ze niet afbreekbaar in het menselijk lichaam, wat op lange termijn immuunreacties kan veroorzaken.

Een veelbelovend alternatief voor de gouden standaarden is weefselregeneratie. Dit is een multidisciplinair onderzoeksgebied waarbij chemie, biologie en ingenieurswetenschappen samenvloeien om beschadigde weefsels te regenereren en zo het domein van geneeskunde ondersteunen. Dit onderzoeksgebied is gericht op het herstel van weefseldefecten via een tijdelijk implantaat dat kan fungeren als drager voor groeifactoren, cellen en andere bioactieve signalen om weefselregeneratie te stimuleren, en dat tegelijkertijd mechanische steun biedt. Een fundamentele vereiste van weefselregeneratie is het gebruik van biodegradeerbare polymeren (d.w.z. polymeren die afbreken in het menselijk lichaam o.i.v. hydrolyse) die de fysische en biologische eigenschappen van het doelweefsel (bv. bot of kraakbeen) nabootsen. Om deze eigenschappen overeenkomstig efficiënt af te stemmen, worden verschillende synthetische, biologisch afbreekbare polyesters (bv. poly(lactic acid) (PLA) en poly(ε-caprolactone) (PCL)) gebruikt als basis van de implantaten. Verder worden deze tijdelijke implantaten gegenereerd via toepassing van licht-gebaseerde 3D-printing technieken (zoals volumetrische 3D-printing (VAM), digital light processing (DLP) en 2-foton polymerisatie (2PP)). Complexe constructen kunnen hiermee vervaardigd worden met hoge precisie en op een tijdsefficiënte manier. Licht-gebaseerde 3D-printing maakt gebruik van ruimtelijk gecontroleerde verlichting om een fotovernetbaar materiaal uit te harden/te fixeren.

Tijdens deze workshop krijgen de leerlingen inzicht in zowel de wereld van VAM, DLP en 2PP 3D-printing, gebaseerd op polyester materialen, als de biodegradatie van esterverbindingen. We demonstreren hoe we de 3D-printers gebruiken en hebben het over de voorafgaande karakterisatie en optimalisatie van de polymeren.