3D prin(ng of hydrogel building blocks: going - PowerPoint PPT Presentation

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ 3D ¡prin(ng ¡of ¡hydrogel ¡building ¡blocks: ¡going ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ biopolymers ¡or ¡synthe(c? ¡ Peter ¡Dubruel, ¡PBM ¡UGent ¡ Milan, ¡16-­‑02-­‑17 ¡ and ¡its ¡collaborators ¡ ¡ ¡ Confidential

Intro ¡ PTFE ¡ PMMA ¡ PET ¡ PUR ¡ PE ¡ PVC ¡ Confidential PBMUGent ¡@ ¡Milan ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Milan ¡Polymer ¡Days ¡2017 ¡

Intro ¡ Confidential PBMUGent ¡@ ¡Milan ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Milan ¡Polymer ¡Days ¡2017 ¡

Intro ¡ BIOMEDICAL ¡ ¡ POLYMERS: ¡ ¡ A ¡REAL ¡NEED ¡ Confidential PBMUGent ¡@ ¡Milan ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Milan ¡Polymer ¡Days ¡2017 ¡

Intro ¡ Personalized ¡medicine, ¡ FDA ¡goes ¡3D, ¡… ¡ Confidential PBMUGent ¡@ ¡Milan ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Milan ¡Polymer ¡Days ¡2017 ¡

Outline ¡ • PBM ¡@ ¡UGent ¡ • Chemistry ¡@ ¡PBM ¡ ¡-­‑ ¡poly-­‑ ε -­‑caprolactone: ¡PCL ¡ ¡-­‑ ¡methacrylamide ¡modified ¡gelaHn: ¡Gel-­‑MOD ¡ ¡-­‑ ¡acrylate ¡end-­‑capped ¡macromonomers: ¡AECM ¡ ¡ • Polymer ¡processing ¡capabiliHes ¡@ ¡PBM ¡ ¡-­‑ ¡direct ¡prinHng ¡from ¡melt ¡(PCL)) ¡ ¡-­‑ ¡direct ¡prinHng ¡from ¡soluHon ¡(GEL-­‑MOD) ¡ ¡-­‑ ¡direct ¡prinHng ¡from ¡melt ¡or ¡soluHon ¡(AECM) ¡and ¡more ¡ ¡ • Conclusions ¡& ¡Outlook ¡ Confidential PBMUGent ¡@ ¡Milan ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Milan ¡Polymer ¡Days ¡2017 ¡

PBM ¡@ ¡UGent ¡ Prof. ¡H. ¡Thienpont ¡ Confidential PBMUGent ¡@ ¡Milan ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Milan ¡Polymer ¡Days ¡2017 ¡

PBM ¡@ ¡UGent ¡ pa(ent-­‑specific ¡ implants ¡ Confidential PBMUGent ¡@ ¡Milan ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Milan ¡Polymer ¡Days ¡2017 ¡

Outline ¡ • PBM ¡@ ¡UGent ¡ • Chemistry ¡@ ¡PBM ¡ ¡-­‑ ¡poly-­‑ ε -­‑caprolactone: ¡PCL ¡ ¡-­‑ ¡methacrylamide ¡modified ¡gelaHn: ¡Gel-­‑MOD ¡ ¡-­‑ ¡acrylate ¡end-­‑capped ¡macromonomers: ¡AECM ¡ ¡ • Polymer ¡processing ¡capabiliHes ¡@ ¡PBM ¡ ¡-­‑ ¡direct ¡prinHng ¡from ¡melt ¡(PCL)) ¡ ¡-­‑ ¡direct ¡prinHng ¡from ¡soluHon ¡(GEL-­‑MOD) ¡ ¡-­‑ ¡direct ¡prinHng ¡from ¡melt ¡or ¡soluHon ¡(AECM) ¡and ¡more ¡ ¡ • Conclusions ¡& ¡Outlook ¡ Confidential PBMUGent ¡@ ¡Milan ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Milan ¡Polymer ¡Days ¡2017 ¡

Chemistry ¡@ ¡PBM ¡ • poly-­‑ ε -­‑caprolactone ¡ ¡ FDA ¡approved ¡ ¡ no ¡cell ¡binding ¡ ¡ degradable ¡sutures ¡ • methacrylamide ¡modified ¡gelaHn ¡ ¡ ¡ O CH 3 CH 3 ¡ Gel NH C C CH 3 + H 2 C C C O C C CH 2 Gel NH 2 CH 2 O O ¡ • acrylate ¡end-­‑capped ¡macromonomers ¡ ¡ Diiso-­‑ Diiso-­‑ Acrylate ¡ Spacer ¡ Backbone ¡ Spacer ¡ Acrylate ¡ ¡ cyanate ¡ cyanate ¡ ¡ Houben et al, Novel urethane based materials, derivatives, methods of � ¡ � their preparation and uses. EP15175956 ¡ ¡ Confidential PBMUGent ¡@ ¡Milan ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Milan ¡Polymer ¡Days ¡2017 ¡ ¡

Chemistry ¡@ ¡PBM ¡ • poly-­‑ ε -­‑caprolactone ¡ ¡ FDA ¡approved ¡ ¡ no ¡cell ¡binding ¡ ¡ degradable ¡sutures ¡ • methacrylamide ¡modified ¡gelaHn ¡ ¡ ¡ O CH 3 CH 3 ¡ Gel NH C C CH 3 + H 2 C C C O C C CH 2 Gel NH 2 CH 2 O O ¡ • acrylate ¡end-­‑capped ¡macromonomers ¡ ¡ Diiso-­‑ Diiso-­‑ Acrylate ¡ Spacer ¡ Backbone ¡ Spacer ¡ Acrylate ¡ ¡ cyanate ¡ cyanate ¡ ¡ Houben et al, Novel urethane based materials, derivatives, methods of � � their preparation and uses. EP15175956 ¡ Confidential PBMUGent ¡@ ¡Milan ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Milan ¡Polymer ¡Days ¡2017 ¡

Chemistry ¡@ ¡PBM ¡ • poly-­‑ ε -­‑caprolactone ¡ O ¡ O O O O O FDA ¡approved ¡ ¡ no ¡cell ¡binding ¡ O O O O ¡ lactide glycolide ε -caprolacton • methacrylamide ¡modified ¡gelaHn ¡ ¡ ¡ O CH 3 CH 3 ¡ Gel NH C C CH 3 + H 2 C C C O C C CH 2 Gel NH 2 CH 2 O O ¡ • acrylate ¡end-­‑capped ¡macromonomers ¡ ¡ Diiso-­‑ Diiso-­‑ Acrylate ¡ Spacer ¡ Backbone ¡ Spacer ¡ Acrylate ¡ ¡ cyanate ¡ cyanate ¡ ¡ Houben et al, Novel urethane based materials, derivatives, methods of � � their preparation and uses. EP15175956 ¡ Confidential PBMUGent ¡@ ¡Milan ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Milan ¡Polymer ¡Days ¡2017 ¡

Chemistry ¡@ ¡PBM ¡ • poly-­‑ ε -­‑caprolactone ¡ ¡ T ↑ FDA ¡approved ¡ ¡ no ¡cell ¡binding ¡ T ↓ ¡ SOL-GEL GEL 30-35°C SOL • methacrylamide ¡modified ¡gelaHn ¡ ¡ state UCST state ¡ O CH 3 CH 3 ¡ Gel NH C C CH 3 + H 2 C C C O C C CH 2 Gel NH 2 CH 2 O O ¡ • acrylate ¡end-­‑capped ¡macromonomers ¡ ¡ Diiso-­‑ Diiso-­‑ Acrylate ¡ Spacer ¡ Backbone ¡ Spacer ¡ Acrylate ¡ ¡ cyanate ¡ cyanate ¡ ¡ Houben et al, Novel urethane based materials, derivatives, methods of � � their preparation and uses. EP15175956 ¡ Confidential PBMUGent ¡@ ¡Milan ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Milan ¡Polymer ¡Days ¡2017 ¡

Chemistry ¡@ ¡PBM ¡ • poly-­‑ ε -­‑caprolactone ¡ ¡ FDA ¡approved ¡ ¡ no ¡cell ¡binding ¡ ¡ • methacrylamide ¡modified ¡gelaHn ¡ ¡ ¡ O CH 3 CH 3 ¡ Gel NH C C CH 3 + H 2 C C C O C C CH 2 Gel NH 2 CH 2 O O ¡ • acrylate ¡end-­‑capped ¡macromonomers ¡ ¡ ¡ ¡ Confidential PBMUGent ¡@ ¡Milan ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Milan ¡Polymer ¡Days ¡2017 ¡

Chemistry ¡@ ¡PBM ¡ Diiso-­‑ Diiso-­‑ Acrylate ¡ Spacer ¡ Backbone ¡ Spacer ¡ Acrylate ¡ cyanate ¡ cyanate ¡ o Determines ¡polymer ¡characterisHcs: ¡ ¡ o Examples: ¡ -­‑ Hydrophillic ¡or ¡hydrophobic ¡ -­‑ PEG ¡=> ¡hydrogel ¡ Backbone ¡ -­‑ Mechanical ¡characterisHcs ¡ -­‑ PCL ¡ -­‑ DegradaHon ¡ o UrethanisaHon ¡reacHon: ¡ ¡ Diiso-­‑ -­‑ Reacts ¡with ¡hydroxyl ¡funcHonal ¡group ¡ cyanate ¡ -­‑ Fast, ¡two-­‑step ¡reacHon ¡ -­‑ Easy ¡scale-­‑up ¡ o Links ¡diisocyanate ¡and ¡acrylate ¡funcHonal ¡group ¡ o Influences ¡reacHvity ¡ Spacer ¡ o Impact ¡on ¡degradaHon ¡rate ¡(e.g. ¡PEO ¡vs ¡PCL) ¡ ¡ Confidential PBMUGent ¡@ ¡Milan ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Milan ¡Polymer ¡Days ¡2017 ¡

Chemistry ¡@ ¡PBM ¡ Diiso-­‑ Diiso-­‑ Acrylate ¡ Spacer ¡ Backbone ¡ Spacer ¡ Acrylate ¡ cyanate ¡ cyanate ¡ -­‑ UV ¡reac(ve ¡in ¡the ¡solid ¡semi-­‑crystalline ¡state : ¡ T m = ¡ 38°C ¡ o Curing ¡below ¡T m : ¡opaque, ¡rigid ¡samples ¡ o Curing ¡above ¡T m : ¡ ¡clear, ¡flexible ¡sample ¡ o Faster ¡curing ¡kineHcs ¡in ¡the ¡solid ¡state ¡ o Similar ¡double ¡bond ¡conversion ¡(DBC ) ¡ ¡ Confidential PBMUGent ¡@ ¡Milan ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Milan ¡Polymer ¡Days ¡2017 ¡

Chemistry ¡@ ¡PBM ¡ Diiso-­‑ Diiso-­‑ Acrylate ¡ Spacer ¡ Backbone ¡ Spacer ¡ Acrylate ¡ cyanate ¡ cyanate ¡ -­‑ No ¡photo-­‑ini(ator ¡needed ¡to ¡induce ¡UV ¡polymeriza(on : ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡AUP ¡50 ¡wt% ¡ 1000000 ¡ 100000 ¡ o No ¡toxic ¡effect ¡of ¡PI ¡ 10000 ¡ o No ¡mixing ¡step ¡needed ¡ 1000 ¡ o No ¡leaching ¡out ¡of ¡PI ¡ 100 ¡ o Similar ¡rheological ¡properHes ¡ ¡ G' ¡(AUP ¡50 ¡wt% ¡+ ¡0.2 ¡wt% ¡HCPK) ¡ 10 ¡ G' ¡(AUP ¡50 ¡wt%) ¡ o Slightly ¡slower ¡reacHon ¡ G'' ¡(AUP ¡50 ¡wt% ¡+ ¡0.2 ¡wt% ¡HCPK) ¡ 1 ¡ ¡ G'' ¡(AUP ¡50 ¡wt%) ¡ 0,1 ¡ 0 ¡ 200 ¡ 400 ¡ 600 ¡ 800 ¡ Confidential PBMUGent ¡@ ¡Milan ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Milan ¡Polymer ¡Days ¡2017 ¡

Chemistry ¡@ ¡PBM ¡ Diiso-­‑ Diiso-­‑ Acrylate ¡ Spacer ¡ Backbone ¡ Spacer ¡ Acrylate ¡ cyanate ¡ cyanate ¡ -­‑ Extreme ¡water ¡compa(bility: ¡ 9 ¡ 100 ¡ 8 ¡ ¡ Swelling ¡ra(o ¡ 90 ¡ 7 ¡ Gel ¡frac(on ¡(%) ¡ 9 ¡g ¡ 6 ¡ ¡ 80 ¡ 5 ¡ ¡ 1 ¡mL ¡ 4 ¡ 70 ¡ 3 ¡ ¡ 2 ¡ 60 ¡ 1 ¡ o Hydrogel ¡from ¡10-­‑100 ¡wt% ¡ ¡ 0 ¡ 50 ¡ prepolymer ¡content ¡ 0 ¡ 0,5 ¡ 1 ¡ Ini(al ¡precursor ¡frac(on ¡(vol ¡ra(o) ¡ o Highly ¡tunable ¡characterisHcs ¡ o High ¡gel ¡fracHon ¡for ¡all ¡composiHons ¡ ¡ Confidential PBMUGent ¡@ ¡Milan ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Milan ¡Polymer ¡Days ¡2017 ¡