Keratin-alginate based hydrogels for cell encapsulation and bioprinting in bone tissue engineering.

Hydrogels are attractive matrices for tissue engineering since they provide a suitable three-dimensional setting that mimics the extracellular environment of native tissues. In this work, hybrid hydrogels consisting in Alginate di-aldehyde (ADA) and keratin with the incorporation of bioactive glass are developed for cell encapsulation and bioprinting application in the field of bone tissue engineering. The alginate di-aldehyde is synthesized via periodate oxidation of alginate to enhance the biodegradability of alginate, keratin is incorporated into the alginate-based hydrogel to improve the cellular interaction of the hydrogel. Bioactive glass (BG) well known for promoting calcium phosphate deposition is incorporated into the microspheres to enhance the osseointegration. All obtained results demonstrate that the composition of the hydrogels has a significant effect on their physical properties and on MG-63 osteosarcoma cells vitality. Furthermore, the hydrogel shows compatibility with 3D printing technologies. All the results indicate that such novel composite hydrogel might be a promising material for bone tissue engineering application.

Gli idrogel sono materiali promettenti in grado di offrire numerosi vantaggi. Infatti, costituiscono un ambiente ideale che imita molto bene la matrice extracellulare dei tessuti. Il presente lavoro è finalizzato a sviluppare un idrogel ibrido composto da alginato di-aldeidico (ADA) e cheratina con l’aggiunta di riempitivi inorganici, potenzialmente utilizzabile nel campo dell’ingegneria tessutale ossea. L’alginato di-aldeidico è sintetizzato tramite una reazione di ossidazione per mezzo di periodato di sodio per migliorare la biodegradabilità dell’alginato, la combinazione con la cheratina dovrebbe migliorare le interazioni cellulari dell’idrogel. L’aggiunta di riempitivi inorganici, biovetri (modello 45S5), dovrebbe migliorare l’osteointegrazione data la loro elevata reattività superficiale. Tutti i risultati ottenuti mostrano che la composizione del nuovo idrogel ha un effetto significativo sulle sue proprietà fisiche, e influenza inoltre il comportamento di cellule di linea MG-63. Inoltre, l’idrogel mostra una notevole compatibilità con le tecnologie di stampa 3D, indicando così delle potenziali applicazioni nel campo dell’ingegneria tessutale ossea.