Control of dense collagen gel scaffolds for tissue engineering through measurement and modeling of hydraulic permeability
Notice bibliographique
Résumé
Among various natural biopolymers, type I collagen gels have demonstrated the highest potential as biomimetic scaffolds for tissue engineering (TE). However, the successful application of collagen gels requires a greater understanding of the relationship between their microstructure and physical-mechanical properties. Therefore, a precise method to modulate collagen gel microstructure in order to attain optimal scaffold properties for diverse biomedical applications is necessary. This dissertation describes a new approach to produce collagen gels with defined microstructures, quantified by hydraulic permeability (k), in order to optimize scaffold properties for TE applications. It was hypothesized that the measurement of k can be used to study the role of microstructure in collagen gel properties, as well as cell function and cell-scaffold interactions. Applying increasing levels of plastic compression (PC) to the highly hydrated collagen gels resulted in an increase in collagen fibrillar density, reduced Happel model derived k values, increased gel stiffness, promoted MSC metabolic activity, osteogenic differentiation, and mineral deposition, while cell-induced gel contraction diminished. Thus, collagen gels with lower k and higher stiffness values exhibited greater potential for bone tissue engineering.Correlating between collagen gel microstructure, k, and fibroblast function within collagen gels indicated that increasing the level of PC yielded a reduction in pore size and an increase in fibril bundle diameter. Decrease in k values resulted in a decrease in gel contraction and an increase in cell metabolic activity. An increase in cell density accelerated contraction. Therefore, fibroblast function within collagen gels can be optimised by a balance between the microstructure, k, and cell seeding density.Developing a micromechanical model to measure experimental k of collagen gels during confined compression revealed the formation of a dense collagen lamella at the fluid expulsion boundary, thereby generating a two-layer model. By applying gel mass loss into Darcy's law, experimental k values of the lamella, along with the thickness of lamella (c) and hydrated gel layer (b) were measured. An increase in either compression level or compression time resulted in a decrease in k, decrease in b, and an increase in c. In conclusion, controlled compression of collagen gels can be used to produce multi-layered biomimetic scaffolds with defined microstructures and k in order to attain optimal properties for tissue engineering applications.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».