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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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 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 tête enseignante, 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 ».