Les hydrogels constituent d'excellentes matrices 3D pour la modélisation in vitro des tissus humains. Cependant, les hydrogels constitués de polymères naturels présentent généralement de faibles propriétés mécaniques et une faible stabilité in vitro. Le principal défi consiste à mimer les tissus durs tels que le cartilage, en particulier reproduire les propriétés mécaniques et biologiques du microenvironnement in vivo.

Le principal objectif vise à créer un réseau de polymères interpénétrés (IPN) et bio-encre à base de chitosane thermosensible (CH) et de gélatine méthacrylée (GM) permettant l'encapsulation de cellules et démontrant de bonnes propriétés mécaniques pour imiter le cartilage.

Plusieurs formulations d'IPN à base de CH et de GM ont été évaluées en fonction de leurs propriétés physico-chimiques et biologiques. Des solutions CH-GM ont été préparées suivant différents ratios en fixant la concentration finale de CH (1,67% w/v). Des lots de GM avec un faible, moyen et haut degré de substitution (DS) ont été préparés (40, 60 et 90 %) et évalués au sein de l'IPN. La cinétique de réticulation a été suivie par rhéologie in situ, en appliquant une lumière bleue (405 nm, 1 500 mW) à 37°C conduisant à la réticulation chimique du GM et à la réticulation physique du CH avec le ß-glycérophosphate et le carbonate de sodium.

L’ajout de GM à 2%, en particulier avec le plus haut DS, au réseau CH améliore significativement les propriétés mécaniques de l'hydrogel par rapport au CH seul (module de compression :​ ~40 kPa contre 7 kPa). Cette amélioration est attribuée au nombre élevé de groupes méthacrylates dans le GM densifiant considérablement le réseau de polymères. Cet IPN est également plus adapté à l'impression 3D sans bain de support. La biocompatibilité a été évaluée par l'encapsulation de fibroblastes L929 dans l'encre sélectionnée, montrant une bonne viabilité et croissance cellulaire jusqu'au 7ème jour, mais pourrait être davantage améliorée en réduisant le temps d’exposition à la lumière par 5.

Nous présentons ici des bio-encres prometteuses à partir de formulations d'hydrogel IPN basées sur des polymères naturels, avec une imprimabilité et des propriétés mécaniques améliorées.

Hydrogels are excellent cell-supportive materials for the in vitro modelling of human tissues. However, hydrogels made from natural polymer sources generally exhibit weak mechanical properties and low stability in vitro. The main challenge is in the generation of hard tissues, such as cartilage, by reproducing both the mechanical and biological in vivo microenvironment properties.

We aim to create an interpenetrating polymer network (IPN) hydrogel and bio-ink based on heat-sensitive chitosan (CH) and methacryloyl gelatin (GM) that enables cell encapsulation while demonstrating good mechanical properties to mimic cartilage.

Several IPN formulations based on CH and GM were evaluated on their physicochemical and bio-properties. CH-GM solutions were prepared at various ratios with fixed final concentration of CH (1.67% w/v). GM batches with low, medium and high degree of substitution (DS) were prepared (40, 60 and 90%) and evaluated within the IPN. The crosslinking kinetics was monitored by in situ rheology, applying blue light (405 nm, 1 500 mW) at 37°C leading to the chemical crosslinking of GM and the physical crosslinking of CH with ß-glycerolphosphate and sodium carbonate.

The addition of 2%GM with the higher DS to the CH network significantly enhances the mechanical properties of the hydrogel compared to CH alone (compressive modulus of ~40 kPa instead of 7 kPa). This improvement is largely attributed to the high number of methacrylate groups in GM, which considerably densifies the polymer network. This IPN is also more suitable for 3D printing without a support bath. Biocompatibility was assessed through L929 fibroblasts encapsulation within the selected ink, showing good cell viability and growth until the 7th day, with potential improvement by reducing the exposure time to 2 minutes.

We report here promising bio-inks from IPN hydrogel formulations based on natural polymers with enhanced mechanical properties and printability.