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Biomaterials preparation by electrospinning of gelatin and sodium hyaluronate/gelatin nanofibers with non-toxic solvents - 15/09/20

Préparation de biomatériaux par électrospinning de nanofibres de gélatine et de hyaluronate de sodium/gélatine avec des solvants non toxiques

Doi : 10.1016/j.morpho.2020.05.002 
B. Arbez, H. Libouban
 Groupe Études Remodelage Osseux et bioMatériaux (GEROM), LabCom NextBone, IRIS-IBS institut de biologie en santé, université d’Angers, CHU d’Angers, 49933 Angers cedex, France 

Corresponding author.

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Highlights

Electrospinning was used to produce Gelatine bases fibers for maxillofacial surgery.
Raman spectroscopy and SEM were used to characterize the generated nanofibers.
Gelatin and gelatin/sodium hyaluronate nanofibers were successfully electrospun.
The addition of β-TCP formed agglomerate outside the fibers.
The fibers lacked of sufficient mechanical resistance to be implanted in vivo.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Summary

Gelatin (Ge) based fibers have been produced by electrospinning with a non-toxic solvent for preparing membranes usable in maxillofacial surgery. Ge and Ge/sodium hyaluronate (SH) nanofibers were successfully electrospun to produce membranes whose thickness was around 150 to 200μm. The mean fiber diameter reached a maximum of 660nm for Ge fibers and 210nm for Ge/SH fibers. The presence of Ge and SH was confirmed in the membranes by Raman spectroscopy. Ge membranes had low mechanical properties and only small samples of 0.5cm in size could be retrieved from the collector as larger sample tended to tear and break. Ge/SH membranes could be retrieved from the collector slightly easily. Membranes could be handled carefully but in vivo implantation could not be planned due to poor mechanical resistance. Crosslinking by glutaraldehyde vapors reduced the mean porosity of Ge membranes; it totally prevents membranes to be retrieved from the collector. Beta tricalcium phosphate (β-TCP) particles were added with Ge during electrospinning to increase osseointegration of the membranes and promote bone formation. β-TCP particles formed agglomerates outside the fibers, and we could not obtain β-TCP particles inside the Ge fibers due to their low diameter. In general, electrospun membranes lacked reproducibility. Despite the great interest of Ge-based membranes and Ge/β-TCP membranes, the low mechanical properties of the fibers, the lack of reproducibility and the difficulty to retrieve the membranes from the collector did not allow our biomaterials to be implanted or to be envisaged for industrial production.

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Résumé

Les fibres à base de gélatine (Ge) ont été produites par électrospinning avec un solvant non toxique pour préparer des membranes utilisables en chirurgie maxillo-faciale. Des nanofibres de Ge et de Ge/hyaluronate de sodium (SH) ont été obtenues par électrospinning pour produire des membranes dont l’épaisseur était d’environ 150 à 200μm. Le diamètre moyen des fibres a atteint un maximum de 660nm pour les fibres de Ge et 210nm pour les fibres de Ge/SH. La présence de Ge et de SH a été confirmée dans les membranes par spectroscopie Raman. Les membranes de Ge avaient de faibles propriétés mécaniques et seuls de petits échantillons de 0,5cm pouvaient être prélevés dans le collecteur, car les échantillons plus grands avaient tendance à se déchirer et à se casser. Les membranes Ge/SH pouvaient être extraites du collecteur avec une certaine facilité. Les membranes ont pu être manipulées avec précaution mais l’implantation in vivo n’a pas pu être planifiée en raison de la faible tenue mécanique. La réticulation par les vapeurs de glutaraldéhyde a réduit la porosité moyenne des membranes de Ge ; elle a totalement empêché le retrait des membranes du collecteur. Des particules de phosphate tricalcique bêta (β-TCP) ont été ajoutées au Ge pendant l’électrospinning pour augmenter l’ostéointégration des membranes et favoriser la formation osseuse. Les particules de β-TCP ont formé des agglomérats à l’extérieur des fibres, et nous n’avons pas pu obtenir de particules de β-TCP à l’intérieur des fibres de Ge en raison de leur faible diamètre. En général, les membranes électrofilées manquaient de reproductibilité. Malgré le grand intérêt potentiel des membranes à base de Ge et des membranes Ge/β-TCP, les faibles propriétés mécaniques des fibres, le manque de reproductibilité et la difficulté de récupérer les membranes dans le collecteur n’ont pas permis d’implanter nos biomatériaux ni d’envisager une production industrielle.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Electrospinning, Gelatin, Hyaluronic acid, β-TCP, Raman spectroscopy, SEM, Nanofibers


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Vol 104 - N° 346

P. 158-168 - septembre 2020 Retour au numéro
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