Functional tissue replacement for deep wounds still requires transplantation of vascularized tissue with consequent donor site morbidity. Incorporation of functional volumetric and biomimetic vasculature within engineered constructs may overcome this need as such a vascular network may be able to provide sufficient nutrients and oxygen to keep the embedded cells and thereby the tissue alive. This dissertation made novel developments on different approaches for fabricating vascular structures in different hydrogels and supporting bioreactor environments were evaluated and realized: 1) Molds for vascular patterns and bioreactors were designed via open-source software and printed with fused deposition modeling (FDM). Vascular networks were created in situ in cell-laden hydrogels in the bioreactor via soft lithographic approaches; dependence of cell viabilities on embedded cells was quantified and statistically analyzed under different perfusion conditions 2) Custom bioreactors based on PDMS for long term perfusion were designed and manufactured around the vascularized cell laden hydrogels; 3) Multilayer vascular structures in fibrin and collagen hydrogels were created in situ in the PDMS bioreactors through molding techniques; 4) Branched vascular structures were created in PDMS bioreactors via soft lithographic methods; multiple layers in the hydrogels, cell distribution and morphology were evaluated through fluorescence microscopy. The principle findings in this dissertation include:1) Bioreactors created by 3D printing technology based on FDM were suitable for short-term in vitro perfused 3D cell culture; 2) Customized vascular channels could be created in situ in the FDM-bioreactors and perfused with medium without additional processes of assembling and transfer; 3)The vessel-like channels in the hydrogels fabricated in this approach provided nutrient supply to the surrounding cells; 4) 3D printing-based technology allowed the formation of multi-layer vascular structures within cell-laden hydrogels as well as continuous perfusion and real-time observation; 5) Shrinking of hydrogels in long term in vitro culture could be prevented by combination with electrospun polymeric mats. These results demonstrate the feasibility and flexibility of fabricating vascular networks within tissue engineered constructs using 3D printing technology. The systems allows complex design of vascular architecture, in combination with a corresponding perfusion device, which may serve as a novel platform for vascularized tissue engineering without the need of sophisticated skills and equipment. It might contribute the engineering of more functional, vascularized constructs for wound coverage and tissue regeneration.     «

Functional tissue replacement for deep wounds still requires transplantation of vascularized tissue with consequent donor site morbidity. Incorporation of functional volumetric and biomimetic vasculature within engineered constructs may overcome this need as such a vascular network may be able to provide sufficient nutrients and oxygen to keep the embedded cells and thereby the tissue alive. This dissertation made novel developments on different approaches for fabricating vascular structures in...     »

Ein funktioneller Gewebeersatz für tiefe Wunden erfordert immer noch eine Transplantation von vaskularisiertem Gewebe mit einer daraus resultierenden Morbidität an der Spenderstelle. Die Integration funktioneller volumetrischer und biomimetischer Gefäße in engineerte Konstrukte könnte diesen Bedarf überwinden. Ein solches vaskuläres Netzwerk könnte ausreichend Nährstoffe und Sauerstoff bereitstellen, um die eingebetteten Zellen und damit das Gewebe am Leben zu erhalten. In dieser Dissertation wurden neuartige Entwicklungen zu verschiedenen Ansätzen zur Herstellung vaskulärer Strukturen in verschiedenen Hydrogelen und unterstützenden Bioreaktorumgebungen evaluiert und realisiert: 1) Formen für Gefäßmuster und Bioreaktoren wurden über Open-Source-Software entworfen und mittels FDM (Fused Deposition Modeling) hergestellt. Vaskuläre Netzwerke wurden in situ in zellbeladenen Hydrogelen im Bioreaktor über Methoden der weichen Lithographie erzeugt; Die Abhängigkeit Überlebens von eingebetteten Zellen unter verschiedenen Perfusionsbedingungen wurde quantifiziert und statistisch analysiert. 2) Benutzerdefinierte Bioreaktoren auf der Basis von PDMS wurden für die Langzeitperfusion entworfen und hergestellt um die mit vaskularisierten Zellen beladenen Hydrogele zu versorgen; 3) Mehrschichtige vaskuläre Strukturen in Fibrin- und Kollagenhydrogelen wurden in situ in den PDMS-Bioreaktoren durch Formtechniken erzeugt; 4) Verzweigte Gefäßstrukturen wurden in PDMS-Bioreaktoren über weiche lithographische Verfahren erzeugt; Mehrfachschichten in den Hydrogelen, Zellverteilung und Morphologie wurden durch Fluoreszenzmikroskopie ausgewertet. Die grundlegenden Ergebnisse dieser Dissertation umfassen: 1) Bioreaktoren, die mittels 3D-Drucktechnologie auf der Basis von FDM hergestellt wurden, sind nur für kurzzeitige in vitro perfundierte 3D-Zellkultur geeignet; 2) Frei designbare vaskuläre Kanäle können in situ in den FDM-Bioreaktoren erzeugt und mit Medium ohne zusätzliche Montage- und Transferprozesse perfundiert werden; 3) Die behälterähnlichen Kanäle in den Hydrogelen, die bei diesem Ansatz hergestellt wurden, stellten eine Nährstoffversorgung für die umgebenden Zellen bereit; 4) 3D-Druck-basierte Technologie ermöglicht die Bildung von mehrschichtigen vaskulären Strukturen in zellbeladenen Hydrogelen sowie eine kontinuierliche Perfusion und Echtzeit-Beobachtung; 5) Schrumpfung von Hydrogelen in Langzeit-In-vitro-Kulturen konnte durch Kombination mit elektrogesponnenen Polymermatten verhindert werden. Diese Ergebnisse demonstrieren die Machbarkeit und Flexibilität der Herstellung vaskulärer Netzwerke in Tissue Engineering-Konstrukten mittels 3D-Drucktechnologie. Die Systeme ermöglichen ein komplexes Design der Gefäßarchitektur in Kombination mit einer entsprechenden Perfusionsvorrichtung, bei geringen Kosten. Diese neue Plattform für vaskularisiertes Tissue Engineering könnte zur Konstruktion von funktionelleren, vaskularisierten Konstrukten zur Wundabdeckung und Geweberegeneration beitragen.      «

Ein funktioneller Gewebeersatz für tiefe Wunden erfordert immer noch eine Transplantation von vaskularisiertem Gewebe mit einer daraus resultierenden Morbidität an der Spenderstelle. Die Integration funktioneller volumetrischer und biomimetischer Gefäße in engineerte Konstrukte könnte diesen Bedarf überwinden. Ein solches vaskuläres Netzwerk könnte ausreichend Nährstoffe und Sauerstoff bereitstellen, um die eingebetteten Zellen und damit das Gewebe am Leben zu erhalten. In dieser Dissertation wu...     »