Application of 3D Printing for the Fabrication of Scaffolds for Cell Culture Based on Polylactic Acid and Polylactic Acid Blends with Enhanced Electrical Conductivity

Głównym celem niniejszej pracy magisterskiej było ocena czy technika druku 3D FDM z wykorzystaniem filamentu z PLA nadaje się do zastosowania do produkcji podłoży do prowadzenia hodowli komórkowych. Przeprowadzono hodowle komórkowe wykorzystując ludzkie fibroblasty WS 1 z ATCC sprawdzające zastosowanie druku 3D FDM (Fused Deposition Modeling, czyli Modelowanie Osadzania Stopionego Materiału) do wytwarzania rusztowań dla hodowli komórkowych na bazie polikwasu mlekowego oraz blend polikwasu mlekowego o zwiększonym przewodnictwie elektrycznym. W programie freeCad zaprojektowano strukturę testową o geometrii pochylni dla kątów 0-28 stopni co 2 stopnie, następnie wykonano wydruk 3D. Przeprowadzono hodowlę komórkową. Wykonano obrazowanie mikroskopem optycznym wybarwionych fibroblastów oraz obrazowanie SEM na PLA przewodzącym. Nie stwierdzono zależności dobrostanu komórek od kąta nachylenia pochylni dla PLA. Wynika to z tego, że realnie pochylnie z PLA nie są pochylniami tylko strukturami schodkowymi. Dla realnych pochylni powstałych po przyklejeniu do pochylni plastiku do hodowli wpływ już zaobserwowano. Porównano wpływ podłoża na hodowlę. Wykorzystano zwykłe PLA, PLA przewodzące i plastik do hodowli komórkowej. Stwierdzono spadek o połowę liczby komórek porównując podłoża z plastiku płytki do hodowli a PLA. Nie stwierdzono różnic między PLA zwykłym a przewodzącym. Dla PLA przewodzącego dodatkowo wykazano wpływ przyłożonej różnicy potencjałów na odrywanie się komórek oraz na ich morfologię. Nie zauważono zmian w morfologii komórek po elektrolizie 5V natomiast liczba oderwanych komórek była najmniejsza z pośród badanych układów. W przypadku różnicy potencjałów 10V fibroblasty uległy rozciągnieciu a liczba oderwanych komórek była większa niż w przypadku potencjału 5V. Dla różnicy potencjałów przyłożonych 15V komórki uległy całkowitej degradacji oraz najwięcej z nich oderwało się od podłoża. Koreluje to z wyglądem komórek na SEM. Co świadczy o niszczącym wpływie napięcia powyżej 15 V i sugeruje że różnica potencjałów 10V jest tą optymalną dla elektrolizy fibroblastów.

The main objective of this master’s thesis was to evaluate whether the FDM 3D printing technique using PLA filament is suitable for producing substrates for cell culture. Cell cultures were conducted using human fibroblasts WS-1 from ATCC to examine the application of FDM (Fused Deposition Modeling) 3D printing for fabricating scaffolds for cell culture based on polylactic acid and polylactic acid blends with enhanced electrical conductivity. Ramp like test structures were designed in FreeCAD at angles from 0 to 28 degrees, with a step of 2 degrees, and subsequently 3D-printed. Cell cultures were then carried out. Optical microscopy imaging of stained fibroblasts and SEM imaging on conductive PLA were performed.No correlation was found between cell viability and the ramp angle for PLA. This is due to the fact that the PLA ramps are not true ramps but rather stepped structures. For true ramps obtained after attaching cell culture plastic to the slopes, an effect was observed. The influence of the substrate on the culture was compared. Regular PLA, conductive PLA, and standard cell culture plastic were used. A 50% decrease in cell count was observed when comparing PLA substrates to cell culture plastic substrates. No significant differences were found between regular PLA and conductive PLA.For conductive PLA, an additional effect of the applied potential difference on cell detachment and morphology was demonstrated. No morphological changes were observed after electrolysis at 5 V, and the number of detached cells was the lowest among the tested systems. At 10 V, fibroblasts became elongated, and the number of detached cells was higher than at 5 V. At 15 V, cells underwent complete degradation, and the highest number of cells detached from the substrate. This correlates with SEM images, indicating the destructive effect of voltages above 15 V and suggesting that a potential difference of 10 V is optimal for fibroblast electrolysis.