Computational fluid dynamics of biomaterial inks flowing through extrusion nozzles in bioprinting of substitutes for cartilaginous tissues

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Isabela Poley
Data de Publicação: 2020
Outros Autores: Patricia Muniz de Oliveira, Estevam Barbosa de Las Casas
Tipo de documento: Artigo de conferência
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/61903
https://orcid.org/0000-0001-6078-8408
Resumo: A dinâmica de fluidos computacional (CFD) pode ser útil para prever o comportamento de biomateriais em bioimpressão, a fim de evitar o entupimento dos bicos de extrusão e, no caso de biomateriais incorporados em células, para evitar o desperdício de células. Na bioimpressão, as células são expostas a altas tensões de cisalhamento quando em contato com as paredes da agulha de impressão. Se as tensões excederem um valor limite, as membranas celulares podem romper. Tintas de biomateriais especialmente formuladas para bioimpressão de substitutos de tecidos cartilaginosos foram caracterizadas por suas propriedades reológicas, e os dados obtidos foram utilizados em simulações de dinâmica de fluidos do escoamento através de bicos de extrusão. Algumas composições continham matriz extracelular em pó derivada de cartilagem desvitalizada (DVC), adicionada para dar a complexidade bioquímica necessária ao material bioimpresso, e outras continham policaprolactona (PCL), adicionada para dar maior resistência mecânica. As simulações indicaram tensões de cisalhamento muito altas (maiores que 4kPa) durante a extrusão para composições contendo PCL, o que poderia causar ruptura celular em grande extensão. Conclui-se que, para essas composições, a adição de células aos scaffolds deve ser feita preferencialmente após a bioimpressão, ao invés de utilizar um biomaterial incorporado em células, pois a viabilidade celular após a extrusão tende a ser baixa.
id UFMG_82ece403df43996e82a75387ba6e34f4
oai_identifier_str oai:repositorio.ufmg.br:1843/61903
network_acronym_str UFMG
network_name_str Repositório Institucional da UFMG
repository_id_str
spelling Computational fluid dynamics of biomaterial inks flowing through extrusion nozzles in bioprinting of substitutes for cartilaginous tissuesDinâmica de fluidos computacional de tintas de biomateriais fluindo de bicos de extrusão em bioimpressão de substitutos de tecidos cartilaginososBioprintingBiomaterial inkBioinkCFDRheologyBioimpressãoTintaMateriais biocompatíveisDinâmica dos fluidos computacionalReologiaA dinâmica de fluidos computacional (CFD) pode ser útil para prever o comportamento de biomateriais em bioimpressão, a fim de evitar o entupimento dos bicos de extrusão e, no caso de biomateriais incorporados em células, para evitar o desperdício de células. Na bioimpressão, as células são expostas a altas tensões de cisalhamento quando em contato com as paredes da agulha de impressão. Se as tensões excederem um valor limite, as membranas celulares podem romper. Tintas de biomateriais especialmente formuladas para bioimpressão de substitutos de tecidos cartilaginosos foram caracterizadas por suas propriedades reológicas, e os dados obtidos foram utilizados em simulações de dinâmica de fluidos do escoamento através de bicos de extrusão. Algumas composições continham matriz extracelular em pó derivada de cartilagem desvitalizada (DVC), adicionada para dar a complexidade bioquímica necessária ao material bioimpresso, e outras continham policaprolactona (PCL), adicionada para dar maior resistência mecânica. As simulações indicaram tensões de cisalhamento muito altas (maiores que 4kPa) durante a extrusão para composições contendo PCL, o que poderia causar ruptura celular em grande extensão. Conclui-se que, para essas composições, a adição de células aos scaffolds deve ser feita preferencialmente após a bioimpressão, ao invés de utilizar um biomaterial incorporado em células, pois a viabilidade celular após a extrusão tende a ser baixa.Computational fluid dynamics (CFD) can be useful to predict the behavior of biomaterials in bioprinting in order to avoid clogging of extrusion nozzles and, in case of cell embedded biomaterials, to avoid wasting cells. In bioprinting, cells are exposed to high shear stresses when in contact against the printing needle walls. If the stresses exceed a limit value, cell membranes may disrupt. Biomaterial inks specially formulated for bioprinting of substitutes for cartilaginous tissues were characterized for their rheological properties, and the obtained data were used in fluid dynamics simulations of the flow through extrusion nozzles. Some compositions contained powdered extracellular matrix derived from devitalized cartilage (DVC), added to give the biochemical complexity necessary for the bioprinted material, and others contained polycaprolactone (PCL), added to give greater mechanical resistance. The simulations indicated very high shear stresses (greater than 4kPa) during extrusion for compositions containing PCL, which could cause cell disruption in high extent. It is concluded that, for those compositions, the addition of cells to the scaffolds should be done preferably after bioprinting, instead of using a cell embedded biomaterial, because cell viability after extrusion tends to be low.Universidade Federal de Minas GeraisBrasilENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ESTRUTURASUFMG2023-12-11T22:55:55Z2023-12-11T22:55:55Z2020info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/conferenceObjectpdfapplication/pdf2675-6269http://hdl.handle.net/1843/61903https://orcid.org/0000-0001-6078-8408engIbero-latin-american congress on computational methods in engineering (CILAMCE)Isabela PoleyPatricia Muniz de OliveiraEstevam Barbosa de Las Casasinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMG2023-12-11T22:55:55Zoai:repositorio.ufmg.br:1843/61903Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufmg.br/oairepositorio@ufmg.bropendoar:2023-12-11T22:55:55Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)false
dc.title.none.fl_str_mv Computational fluid dynamics of biomaterial inks flowing through extrusion nozzles in bioprinting of substitutes for cartilaginous tissues
Dinâmica de fluidos computacional de tintas de biomateriais fluindo de bicos de extrusão em bioimpressão de substitutos de tecidos cartilaginosos
title Computational fluid dynamics of biomaterial inks flowing through extrusion nozzles in bioprinting of substitutes for cartilaginous tissues
spellingShingle Computational fluid dynamics of biomaterial inks flowing through extrusion nozzles in bioprinting of substitutes for cartilaginous tissues
Isabela Poley
Bioprinting
Biomaterial ink
Bioink
CFD
Rheology
Bioimpressão
Tinta
Materiais biocompatíveis
Dinâmica dos fluidos computacional
Reologia
title_short Computational fluid dynamics of biomaterial inks flowing through extrusion nozzles in bioprinting of substitutes for cartilaginous tissues
title_full Computational fluid dynamics of biomaterial inks flowing through extrusion nozzles in bioprinting of substitutes for cartilaginous tissues
title_fullStr Computational fluid dynamics of biomaterial inks flowing through extrusion nozzles in bioprinting of substitutes for cartilaginous tissues
title_full_unstemmed Computational fluid dynamics of biomaterial inks flowing through extrusion nozzles in bioprinting of substitutes for cartilaginous tissues
title_sort Computational fluid dynamics of biomaterial inks flowing through extrusion nozzles in bioprinting of substitutes for cartilaginous tissues
author Isabela Poley
author_facet Isabela Poley
Patricia Muniz de Oliveira
Estevam Barbosa de Las Casas
author_role author
author2 Patricia Muniz de Oliveira
Estevam Barbosa de Las Casas
author2_role author
author
dc.contributor.author.fl_str_mv Isabela Poley
Patricia Muniz de Oliveira
Estevam Barbosa de Las Casas
dc.subject.por.fl_str_mv Bioprinting
Biomaterial ink
Bioink
CFD
Rheology
Bioimpressão
Tinta
Materiais biocompatíveis
Dinâmica dos fluidos computacional
Reologia
topic Bioprinting
Biomaterial ink
Bioink
CFD
Rheology
Bioimpressão
Tinta
Materiais biocompatíveis
Dinâmica dos fluidos computacional
Reologia
description A dinâmica de fluidos computacional (CFD) pode ser útil para prever o comportamento de biomateriais em bioimpressão, a fim de evitar o entupimento dos bicos de extrusão e, no caso de biomateriais incorporados em células, para evitar o desperdício de células. Na bioimpressão, as células são expostas a altas tensões de cisalhamento quando em contato com as paredes da agulha de impressão. Se as tensões excederem um valor limite, as membranas celulares podem romper. Tintas de biomateriais especialmente formuladas para bioimpressão de substitutos de tecidos cartilaginosos foram caracterizadas por suas propriedades reológicas, e os dados obtidos foram utilizados em simulações de dinâmica de fluidos do escoamento através de bicos de extrusão. Algumas composições continham matriz extracelular em pó derivada de cartilagem desvitalizada (DVC), adicionada para dar a complexidade bioquímica necessária ao material bioimpresso, e outras continham policaprolactona (PCL), adicionada para dar maior resistência mecânica. As simulações indicaram tensões de cisalhamento muito altas (maiores que 4kPa) durante a extrusão para composições contendo PCL, o que poderia causar ruptura celular em grande extensão. Conclui-se que, para essas composições, a adição de células aos scaffolds deve ser feita preferencialmente após a bioimpressão, ao invés de utilizar um biomaterial incorporado em células, pois a viabilidade celular após a extrusão tende a ser baixa.
publishDate 2020
dc.date.none.fl_str_mv 2020
2023-12-11T22:55:55Z
2023-12-11T22:55:55Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/conferenceObject
format conferenceObject
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv 2675-6269
http://hdl.handle.net/1843/61903
https://orcid.org/0000-0001-6078-8408
identifier_str_mv 2675-6269
url http://hdl.handle.net/1843/61903
https://orcid.org/0000-0001-6078-8408
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.relation.none.fl_str_mv Ibero-latin-american congress on computational methods in engineering (CILAMCE)
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv pdf
application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Minas Gerais
Brasil
ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ESTRUTURAS
UFMG
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Minas Gerais
Brasil
ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ESTRUTURAS
UFMG
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFMG
instname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)
instacron:UFMG
instname_str Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)
instacron_str UFMG
institution UFMG
reponame_str Repositório Institucional da UFMG
collection Repositório Institucional da UFMG
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)
repository.mail.fl_str_mv repositorio@ufmg.br
_version_ 1816829688146821120

Registros relacionados