IMPREGNATION OF β-TRICALCIUM PHOSPHATE ROBOCAST SCAFFOLDS BY IN-SITU POLYMERIZATION

Abstract

Se realizó una polimerización de apertura en anillo de ε-caprolactona (ε-CL) y L-lactida (LLA) para impregnar andamiajes de β-fosfato tricálcico (β-TCP) fabricados mediante robocasting. Se utilizaron tintas coloidales concentradas preparadas a partir de polvos comerciales de β-TCP para fabricar estructuras porosas consistentes en una malla tridimensional de varillas interpenetradas. El ε-CL y el LLA se polimerizaron in situ dentro de la estructura cerámica utilizando una lipasa y un octanoato de estaño, respectivamente, como catalizadores. Los resultados muestran que tanto los macroporos del interior de la malla cerámica como los microporos del interior de las varillas cerámicas están llenos de polímero en ambos casos. Las propiedades mecánicas de los andamios impregnados mediante polimerización in situ (ISP) aumentan significativamente respecto a las de las estructuras desnudas, presentando valores similares a los obtenidos por otros métodos de impregnación más agresivos, como la inmersión en fundido (MI). La ISP mediante catalizadores enzimáticos requiere una temperatura de procesado reducida que podría facilitar la incorporación de factores de crecimiento y otros fármacos en la composición polimérica, aumentando así la bioactividad del andamio compuesto. Se discuten las implicaciones de estos resultados para la optimización del rendimiento mecánico y biológico de los andamios para aplicaciones de ingeniería de tejidos óseos.

Ring-opening polymerization of ε-caprolactone (ε-CL) and L-lactide (LLA) was performed to impregnate β-tricalcium phosphate (β-TCP) scaffolds fabricated by robocasting. Concentrated colloidal inks prepared from β-TCP commercial powders were used to fabricate porous structures consisting of a 3-D mesh of interpenetrating rods. ε-CL and LLA were in-situ polymerized within the ceramic structure by using a lipase and stannous octanoate, respectively, as a catalysts. The results show that both the macropores inside the ceramic mesh and the micropores within the ceramic rods are full of polymer in either case. The mechanical properties of scaffolds impregnated by in situ polymerization (ISP) are significantly increased over those of the bare structures, exhibiting similar values than those obtained by other, more aggressive, impregnation methods such as melt-immersion (MI). ISP using enzymatic catalysts requires a reduced processing temperature which could facilitate the incorporation of growth factors and other drugs into the polymer composition, thus enhancing the bioactivity of the composite scaffold. The implications of these results for the optimization of the mechanical and biological performance of scaffolds for bone tissue engineering applications are discussed.