KCI등재
SCIE
Silk fibroin, gelatin, and human placenta extracellular matrix-based composite hydrogels for 3D bioprinting and soft tissue engineering
저자
Karl Heinrich Schneider (Center for Biomedical Research and Translational Surgery, Medical University of Vienna) ; Benjamin J. Goldberg (Department of Biomedical Engineering, Tufts University) ; Onur Hasturk (Department of Biomedical Engineering, Tufts University) ; Xuan Mu (Department of Biomedical Engineering, Tufts University) ; Marvin Dötzlhofer (Center for Biomedical Research and Translational Surgery, Medical University of Vienna) ; Gabriela Eder (Center for Biomedical Research and Translational Surgery, Medical University of Vienna) ; Sophia Theodossiou (Department of Biomedical Engineering, Tufts University) ; Luis Pichelkastner (Center for Biomedical Research and Translational Surgery, Medical University of Vienna) ; Peter Riess (Center for Biomedical Research and Translational Surgery, Medical University of Vienna) ; Sabrina Rohringer (Center for Biomedical Research and Translational Surgery, Medical University of Vienna) ; Herbert Kiss (Department of Obstetrics and Gynecology, Division of Obstetrics and Feto‑Maternal Medicine, Medical University of Vienna) ; Andreas H. Teuschl‑Woller (Department Life Science Technologies, University of Applied Sciences Technikum Wien) ; Vincent Fitzpatrick (Department of Biomedical Engineering, Tufts University) ; Marjan Enayati (Center for Biomedical Research and Translational Surgery, Medical University of Vienna) ; Bruno K. Podesser (Center for Biomedical Research and Translational Surgery, Medical University of Vienna) ; Helga Bergmeister (Center for Biomedical Research and Translational Surgery, Medical University of Vienna) ; David L. Kaplan (Department of Biomedical Engineering, Tufts University)
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2023
작성언어
English
등재정보
KCI등재,SCIE
자료형태
학술저널
수록면
2686-2704(19쪽)
제공처
Background There is a great clinical need and it remains a challenge to develop artificial soft tissue constructs that can mimic the biomechanical properties and bioactivity of natural tissue. This is partly due to the lack of suitable biomaterials. Hydrogels made from human placenta offer high bioactivity and represent a potential solution to create animal-free 3D bioprinting systems that are both sustainable and acceptable, as placenta is widely considered medical waste. A combination with silk and gelatin polymers can bridge the biomechanical limitations of human placenta chorion extracellular matrix hydrogels (hpcECM) while maintaining their excellent bioactivity.
Method In this study, silk fibroin (SF) and tyramine-substituted gelatin (G-TA) were enzymatically crosslinked with human placental extracellular matrix (hpcECM) to produce silk-gelatin-ECM composite hydrogels (SGE) with tunable mechanical properties, preserved elasticity, and bioactive functions. The SGE composite hydrogels were characterized in terms of gelation kinetics, protein folding, and bioactivity. The cyto- and biocompatibility of the SGE composite was determined by in vitro cell culture and subcutaneous implantation in a rat model, respectively. The most cell-supportive SGE formulation was then used for 3-dimensional (3D) bioprinting that induced chemical crosslinking during extrusion.
Conclusion Addition of G-TA improved the mechanical properties of the SGE composite hydrogels and inhibited crystallization and subsequent stiffening of SF for up to one month. SGE hydrogels exhibit improved and tunable biomechanical properties and high bioactivity for encapsulated cells. In addition, its use as a bioink for 3D bioprinting with free reversible embedding of suspended hydrogels (FRESH) has been validated, opening the possibility to fabricate highly complex scaffolds for artificial soft tissue constructs with natural biomechanics in future.
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