Учёные создали фотоинициатор на основе куркумина для 3D-печати

Исследователи из Университета Крита и Фонда исследований и технологий Эллады (FORTH/IESL) сообщили об одностадийной стратегии изготовления биоактивных 3D-гидрогелевых каркасов с использованием куркумина в качестве много функционального фотоинициатора в двух фотонной полимеризации (2PP). В исследовании, опубликованном как препринт в прошлом месяце, говорится, что куркумин выполняет две роли: он позволяет использовать 3D-печать с высоким разрешением, одновременно придавая антибактериальные свойства при изготовлении, устраняя необходимость модификации после печати.

2PP широко используется для изготовления микро масштабных каркасов в тканевой инженерии. Однако его более широкое внедрение в гидрогелевых системах было ограничено отсутствием фото инициаторов, сочетающих высокую эффективность нелинейного поглощения с цито совместимостью. Традиционные инициаторы, такие как Irgacure 2959, демонстрируют низкие двухфотонные поперечные сечения поглощения при возбуждении в ближнем инфракрасном диапазоне, что требует более высокой интенсивности лазера, что увеличивает риск термического повреждения и снижает точность воспроизведения характеристик.

В представленной работе куркумин, полифенол природного происхождения из куркумы, был включен до 10% (мас./об.) формулы GelMA. Измерения Z-сканирования с открытой апертурой показали, что смесь GelMA/куркумина достигла двух фотонного поперечного сечения поглощения примерно 1500 Гепперта-Майера (GM) по сравнению с примерно 320 GM для самого куркумина.

Исследователи объясняют это усиление взаимодействием между куркумином и гидрофобными аминокислотными остатками в остове GelMA. Эти взаимодействия способствуют локализованной агрегации и более сильной электронной связи, увеличивая нелинейное отложение энергии в пределах фокального вокселя во время печати.

Параметрические исследования изготовления обнаружили широкое окно отделки. Формула GelMA/куркумин поддерживала полимеризацию при интенсивности лазера до 0,15 ТВт/см со скоростью сканирования до 52 мм/с. Для сравнения, формулы GelMA, содержащие Irgacure 2959, эозин Y или бенгальский розовый, демонстрировали более узкие окна обработки и, в некоторых случаях, термическое повреждение при повышенной интенсивности.

Используя многофотонную литографию, команда создала квадратные решётки, гироидные и три периодически-минимальные поверхности Шварца (TPMS), а также костообразные решётки. Сканирующая электронная микроскопия подтвердила размеры пор от однозначных микронов до более 150 мкм в зависимости от геометрии. Оптическая микроскопия гидратированных образцов показала, что архитектуры каркаса остаются стабильными после набухания.

Геометрии TPMS широко используются в регенеративной медицине благодаря своей непрерывной кривизне и высокому соотношению поверхности к объему, что улучшает диффузию питательных веществ и инфильтрацию клеток.

Биосовместимость оценивали с помощью мезенхимальных стволовых клеток (МСК). Хотя метаболическая активность поначалу снизилась на первый день, жизнеспособность восстановилась до контрольного уровня к третьему дню. СЭМ-визуализация подтвердила клеточную адгезию, пролиферацию и инфильтрацию в порах каркаса.