Pharmaceutical polymer-based hydrogel formulations as prospective bioink for bioprinting applications- A step towards clean bioprinting - 27/03/22

Doi : 10.1016/j.stlm.2022.100056 
Hemant Kumar Bankhede a, Anasuya Ganguly a,
a Department of Biological Sciences, BITS-Pilani, K.K Birla Goa campus, Goa 403726, India 

Corresponding Author: Dr. Anasuya Ganguly, Associate Professor, Department of Biological Sciences, BITS-Pilani, K.K Birla Goa campus, Goa 403726, IndiaDepartment of Biological SciencesBITS-PilaniK.K Birla Goa campusGoa403726India

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Sous presse. Manuscrit accepté. Disponible en ligne depuis le Sunday 27 March 2022
Cet article a été publié dans un numéro de la revue, cliquez ici pour y accéder

Highlights

Animal free, FDA approved pharmaceutical polymers are used in hydrogel formulations.
Effect of sterilization by moist heat on physical, chemical and microbiological properties on hydrogels are studied.
Explored co-axial extrusion technique via use of calcium chloride solution as crosslinking agent.
Understood prospective role of pharmaceutical polymers in bioink formulation for 3D bioprinting and soft-tissue engineering application.

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Abstract

Background

Three-dimensional (3D) bioprinting has emerged as a game-changer technology in the field of tissue engineering. Bioink is an important component used in the 3D bioprinting process and consists of biomaterials, cells, and growth factors. Current research on bioink formulations mostly uses animal-derived biomaterials for soft tissue engineering, which possess challenges of batch-to-batch variability, immunogenicity, and microbial growth with aging.

Objective

Herein we explored the use of pharmaceutical polymers in prospective hydrogel-based bioink formulations for soft tissue engineering.

Methods

Bioink formulations containing partially pregelatinized starch, sodium alginate along with either hydroxypropyl methylcellulose or polyvinyl alcohol-polyethylene glycol graft co-polymer or sodium carboxymethyl cellulose were assessed for tensile strength of thin films, viscosity, the structural integrity of crosslinked scaffolds, and effects of moist heat sterilization on physical, chemical and microbial contaminations.

Results

We established the use of hydrogel-based formulations containing pharmaceutical polymers. These can provide tensile strength appropriate for soft tissue engineering and viscosity in a suitable range for extrusion-based bioprinting. Structural integrity revealed polyvinyl alcohol- polyethylene glycol graft co-polymer based formulations were able to withstand in culture media for longer than other formulations. The moist heat sterilization process was able to eliminate microbial contamination effectively without altering the physicochemical properties of the hydrogels.

Conclusion

We demonstrated the use of pharmaceutical polymers in prospective bioink formulations for soft tissue engineering. This study paves the way for clean bioprinting without using any animal products.

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Graphical Abstract

Graphical Abstract




Image, graphical abstract.

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Keywords : Pharmaceutical polymers, sterilization, co-axial extrusion, prospective bioink, starch, soft tissue engineering


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