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https://www.arca.fiocruz.br/handle/icict/62812
CYTOCOMPATIBLE AND OSTEOCONDUCTIVE SILICON OXYCARBIDE GLASS SCAFFOLDS 3D PRINTED BY DLP: A POTENTIAL MATERIAL FOR BONE TISSUE REGENERATION
DLP 3D printing
Printing, Three-Dimensional
Tissue Scaffolds
Regenerative Medicine
Adult Stem Cells
Impresión Tridimensional
Andamios del Tejido
Medicina Regenerativa
Células Madre Adultas
Impressão Tridimensional
Tecidos Suporte
Medicina Regenerativa
Células-Tronco Adultas
Author
Affilliation
Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Departamento de Engenharia Mecânica. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais. Curitiba, PR, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Carlos Chagas. Laboratório de Biologia Básica de Células Tronco. Curitiba, PR, Brasil.
Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Departamento de Engenharia Mecânica. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais. Curitiba, PR, Brasil.
Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Departamento de Engenharia Mecânica. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais. Curitiba, PR, Brasil.
Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Departamento de Engenharia Mecânica. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais. Curitiba, PR, Brasil.
Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Departamento de Engenharia Mecânica. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais. Curitiba, PR, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Carlos Chagas. Laboratório de Biologia Básica de Células Tronco. Curitiba, PR, Brasil.
Pontifícia Universidade Católica do Paraná. Núcleo de Tecnologia Celular. Curitiba, PR, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Carlos Chagas. Laboratório de Biologia Básica de Células Tronco. Curitiba, PR, Brasil.
Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Departamento de Engenharia Mecânica. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais. Curitiba, PR, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Carlos Chagas. Laboratório de Biologia Básica de Células Tronco. Curitiba, PR, Brasil. / Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Carlos Chagas. Curitiba, PR, Brasil. Confocal and Eletronic Microscopy Facility (RPT07C).
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Carlos Chagas. Laboratório de Biologia Básica de Células Tronco. Curitiba, PR, Brasil.
Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Departamento de Engenharia Mecânica. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais. Curitiba, PR, Brasil.
Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Departamento de Engenharia Mecânica. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais. Curitiba, PR, Brasil.
Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Departamento de Engenharia Mecânica. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais. Curitiba, PR, Brasil.
Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Departamento de Engenharia Mecânica. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais. Curitiba, PR, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Carlos Chagas. Laboratório de Biologia Básica de Células Tronco. Curitiba, PR, Brasil.
Pontifícia Universidade Católica do Paraná. Núcleo de Tecnologia Celular. Curitiba, PR, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Carlos Chagas. Laboratório de Biologia Básica de Células Tronco. Curitiba, PR, Brasil.
Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Departamento de Engenharia Mecânica. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais. Curitiba, PR, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Carlos Chagas. Laboratório de Biologia Básica de Células Tronco. Curitiba, PR, Brasil. / Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Carlos Chagas. Curitiba, PR, Brasil. Confocal and Eletronic Microscopy Facility (RPT07C).
Abstract
Bone lesions affect individuals of different age groups, compromising their daily activities and potentially leading to prolonged morbidity. Over the years, new compositions and manufacturing technologies were developed to offer customized solutions to replace injured tissue and stimulate tissue regeneration. This work used digital light processing (DPL) technology for three-dimensional (3D) printing of porous structures using pre-ceramic polymer, followed by pyrolysis to obtain SiOC vitreous scaffolds. The SiOC scaffolds produced had an amorphous structure (compatible with glass) with an average porosity of 72.69% ± 0.99, an average hardness of 935.1 ± 71.0 HV, and an average maximum flexural stress of 7.8 ± 1.0 MPa, similar to cancellous bone tissue. The scaffolds were not cytotoxic and allowed adult stem cell adhesion, growth, and expansion. After treatment with osteoinductive medium, adult stem cells in the SiOC scaffolds differentiated to osteoblasts, assuming a tissue-like structure, with organization in multiple layers and production of a dense fibrous matrix rich in hydroxyapatite. The in vitro analyses supported the hypothesis that the SiOC scaffolds produced in this work were suitable for use as a bone substitute for treating critically sized lesions, with the potential to stimulate the gradual process of regeneration of the native tissue. The data obtained stimulate the continuity of studies with the SiOC scaffolds developed in this work, paving the way for evaluating safety and biological activity in vivo.
Keywords
Tissue EngineeringDLP 3D printing
Printing, Three-Dimensional
Tissue Scaffolds
Regenerative Medicine
Adult Stem Cells
Keywords in Spanish
Ingeniería de TejidosImpresión Tridimensional
Andamios del Tejido
Medicina Regenerativa
Células Madre Adultas
DeCS
Engenharia TecidualImpressão Tridimensional
Tecidos Suporte
Medicina Regenerativa
Células-Tronco Adultas
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