Reinforcing bioceramic scaffolds with in situ synthesized e-polycaprolactone coatings

Abstract

Se llevó a cabo la polimerización de apertura en anillo in situ de e-caprolactona (e-CL) para recubrir andamios de fosfato b-tricálcico (bTCP) fabricados por robocasting con el fin de mejorar su rendimiento mecánico preservando al mismo tiempo la arquitectura de macroporos prediseñada. Tintas coloidales concentradas preparadas a partir de polvos comerciales de b-TCP se utilizaron para fabricar estructuras porosas consistentes en una malla tridimensional de varillas interpenetradas. A continuación, se polimerizó in situ e-CL dentro de la estructura cerámica utilizando una lipasa como catalizador y tolueno como disolvente, para obtener un recubrimiento altamente homogéneo y una impregnación completa de la microporosidad dentro de las varillas. La resistencia y la tenacidad de los andamios recubiertos por e-polipoliprolactona (e-PCL) aumentaron significativamente (se duplicaron y quintuplicaron, respectivamente) con respecto a las de las estructuras desnudas. La mejora de ambas propiedades está asociada a la curación de microdefectos preexistentes en las barras biocerámicas. Estas mejoras se comparan con los resultados de trabajos anteriores sobre estructuras totalmente impregnadas. Se discuten las implicaciones de los resultados para la optimización de las prestaciones mecánicas y biológicas de los andamiajes para aplicaciones de ingeniería de tejidos óseos.

In situ ring-opening polymerization of e-caprolactone (e-CL) was performed to coat b-tricalcium phosphate (bTCP) scaffolds fabricated by robocasting in order to enhance their mechanical performance while preserving the predesigned macropore architecture. Concentrated colloidal inks prepared from b-TCP commercial powders were used to fabricate porous structures consisting of a three-dimensional mesh of interpenetrating rods. Then, e-CL was in situ polymerized within the ceramic structure using a lipase as catalyst and toluene as solvent, to obtain a highly homogeneous coating and full impregnation of in-rod microporosity. The strength and toughness of scaffolds coated by e-polycaprolactone (e-PCL) were significantly increased (twofold and fivefold increase, respectively) over those of the bare structures. Enhancement of both properties is associated to the healing of preexisting microdefects in the bioceramic rods. These enhancements are compared to results from previous work on fully impregnated structures. The implications of the results for the optimization of the mechanical and biological performance of scaffolds for bone tissue engineering applications are discussed