Multi-layer cell constructs produced in vitro are an innovative treatment option to support the growing demand for therapy in regenerative medicine. Our research introduces a novel construct integrating organ-derived decellularised extracellular matrix (dECM) hydrogels and 3D-printed biodegradable polymer meshes composed of poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV) and poly(3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate) (P34HB) to support and maintain multiple layers of different cell types. We achieved that by integrating the mechanical stability of PHBV+P34HB, commonly used in the food storage industry, with a dECM hydrogel, which replicates organ stiffness and supports cellular survival and function. The construct was customised by adjusting the fibre arrangement and pore sizes, making it a suitable candidate for a personalised design. We showed that the polymer is degradable after precoating it with PHB depolymerase (PhaZ), with complete degradation achieved in 3–5 days and delayed by adding the hydrogel to 10 days, enabling tuneable degradation for regenerative medicine applications. Finally, as a proof of concept, we composed a three-layered tissue in vitro; each layer represented a different tissue type: epidermal, vascular, and subcutaneous layers. Possible future applications include wound healing and diabetic ulcer paths, personalised drug delivery systems, and personalised tissue implants.
LINK
Melt electrowriting (MEW) enables precise scaffold fabrication for biomedical applications. With a limited number of processable materials with short and tunable degradation times, polyhydroxyalkanoates (PHAs) present an interesting option. Here, poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV) and a blend of PHBV and poly(3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate) (PHBV+P34HB) are successfully melt electrowritten into scaffolds with various architectures. PHBV+P34HB exhibits greater thermal stability, making it a superior printing material compared to PHBV in MEW. The PHBV+P34HB scaffolds subjected to enzymatic degradation show tunable degradation times, governed by enzyme dilution, incubation time, and scaffold surface area. PHBV+P34HB scaffolds seeded with human dermal fibroblasts (HDFs), demonstrate enhanced cell adherence, proliferation, and spreading. The HDFs, when exposed to the enzyme solutions and enzymatic degradation residues, show good viability and proliferation rates. Additionally, HDFs grown on enzymatically pre-incubated scaffolds do not show any difference in behavior compared those grown on control scaffolds. It is concluded that PHAs, as biobased materials with enzymatically tunable degradability rates, are an important addition to the already limited set of materials available for MEW technology.
LINK
The transition to a biobased economy necessitates utilizing renewable resources as a sustainable alternative to traditional fossil fuels. Bioconversion is a way to produce many green chemicals from renewables, e.g., biopolymers like PHAs. However, fermentation and bioconversion processes mostly rely on expensive, and highly refined pure substrates. The utilization of crude fractions from biorefineries, especially herbaceous lignocellulosic feedstocks, could significantly reduce costs. This presentation shows the microbial production of PHA from such a crude stream by a wild-type thermophilic bacterium Schlegelella thermodepolymerans [1]. Specifically, it uses crude xylose-rich fractions derived from a newly developed biorefinery process for grassy biomasses (the ALACEN process). This new stepwise mild flow-through biorefinery approach for grassy lignocellulosic biomass allows the production of various fractions: a fraction containing esterified aromatics, a monomeric xylose-rich stream, a glucose fraction, and a native-like lignin residue [2]. The crude xylose-rich fraction was free of fermentation-inhibiting compounds meaning that the bacterium S.thermodepolymerans could effectively use it for the production of one type of PHA, polyhydroxybutyrate. Almost 90% of the xylose in the refined wheat straw fraction was metabolized with simultaneous production of PHA, matching 90% of the PHA production per gram of sugars, comparable to PHA yields from commercially available xylose. In addition to xylose, S. thermodepolymerans converted oligosaccharides with a xylose backbone (xylans) into fermentable xylose, and subsequently utilized the xylose as a source for PHA production. Since the xylose-rich hydrolysates from the ALACEN process also contain some oligomeric xylose and minor hemicellulose-derived sugars, optimal valorization of the C5-fractions derived from the refinery process can be obtained using S. thermodepolymerans. This opens the way for further exploration of PHA production from C5-fractions out of a variety of herbaceous lignocellulosic biomasses using the ALACEN process combined with S. thermodepolymerans. Overall, the innovative utilization of renewable resources in fermentation technology, as shown herein, makes a solid contribution to the transition to a biobased economy.[1] W. Zhou, D.I. Colpa, H. Permentier, R.A. Offringa, L. Rohrbach, G.J.W. Euverink, J. Krooneman. Insight into polyhydroxyalkanoate (PHA) production from xylose and extracellular PHA degradation by a thermophilic Schlegelella thermodepolymerans. Resources, Conservation and Recycling 194 (2023) 107006, ISSN 0921-3449, https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2023.107006. [2] S. Bertran-Llorens, W.Zhou. M.A.Palazzo, D.I.Colpa, G.J.W.Euverink, J.Krooneman, P.J.Deuss. ALACEN: a holistic herbaceous biomass fractionation process attaining a xylose-rich stream for direct microbial conversion to bioplastics. Submitted 2023.
LINK
For the future circular economy, renewable carbon feedstocks manifest considerable promise for synthesizing sustainable and biodegradable polyhydroxyalkanoate (PHA). In this study, 16 wt% and 30 wt% PHA (cell dry weight) are respectively produced by thermophilic Caldimonas thermodepolymerans from beechwood xylan and wheat arabinoxylan as the sole carbon source. Moreover, an in silico study of the potential xylan-degrading proteins was conducted using proteome sequencing and CAZyme specialized bioinformatic tools. This study demonstrates the feasibility of utilizing complex polysaccharide substrates for PHA biosynthesis, thereby potentially eliminate additional processing steps and reducing overall production costs for sustainable plastic.
MULTIFILE
Worldwide, plastic cups are used for serving drinks. Some typical examples of large-scale consumption are large concerts and festivals. As a part of the BIOCAS project, which focusses on the valorization of biomass through various routes, a PHA biobased festival cup was developed and created to reduce the impact of current fossil plastics. The role of VHL was to assess the environmental impact. The aim of the report is to inform the BIOCAS-partners about the use of plastic cups, and address the environmental impact in comparison with other types of biobased plastic cups and fossil-based cups. This report can serve as a basis for making choices within all different types of (plastic/biobased) cups. Besides, it can be used as a public communication tool about the environmental impact of different types of (plastic/biobased) cup applications.
DOCUMENT
De overgang van traditionele textiel naar biotextiel kan omschreven worden als een paradigmaverandering, in grote lijnen parallel aan de komst van biotechnologie. Dit wordt vaak geassocieerd met begrippen als creatieve destructie, waarbij nieuwe innovatieve industrieën de bestaande achterhaald doen raken. Maar biopolymeren zijn er altijd al geweest. Wat opvalt, is hier niet het radicale van de verandering, maar de mogelijkheid om nieuwe technologieën en materialen toe te passen en te reageren op vragen van de markt en mondiale omstandigheden. In dit rapport wordt een overzicht gegeven van het gebruik van de meest voorkomende biopolymeren in geotextieltoepassingen, dus toepassingen in bijvoorbeeld de weg- en waterbouw of in de agro-industrie. Biopolymeren worden als volgt gedefinieerd: ‘polymeren die worden geproduceerd uit natuurlijke hernieuwbare grondstoffen’. Dit zijn bijvoorbeeld: • Duurzame beschikbare (delen van) planten en dieren (ook aquatische biomassa). • Primaire residuen (bermgras, houtafval, ...). • Secundaire residuen (bietenpulp, bierborstel, ...). • Tertiaire residuen (dierlijk vet, GFT, ...). Biobased houdt in dat een polymeer uit natuurlijke, dierlijke of hernieuwbare grondstof bestaat. Dit geeft een grotere onafhankelijkheid van de klassieke grondstofproducenten, zoals de aardolie- en gasproducenten. Echter moet bedacht worden dat er weer een afhankelijkheid van andere grondstofproducenten kan ontstaan. Natuurlijke grondstoffen zijn de meest bekende. Er is bijvoorbeeld cellulose uit katoen, vlas van de vlasplant of brandnetelvezel van de brandnetel. Onder dierlijke grondstoffen verstaan we onder andere chitosan uit schaaldieren. Een hernieuwbare grondstof is bijvoorbeeld zetmeel/suiker voor PLA (polymelkzuur. Deze biopolymeren worden besproken om duidelijk te maken welke soorten wel of niet geschikt zijn voor verschillende toepassingen in geotextiel. Een verder onderscheid wordt wel gemaakt op basis hun ‘end of life’: biodegradeerbaar en composteerbaar. Een materiaal is biodegradeerbaar wanneer de afbraak het gevolg is van de actie van micro-organismen (zwammen, bacteriën), waardoor het materiaal uiteindelijk wordt omgezet in water, biomassa, CO2 en/of methaan, ongeacht de tijd die hiervoor nodig is. Composteerbaar wil zeggen dat stoffen worden afgebroken bij het composteren met een snelheid die vergelijkbaar is met die van andere bekende composteerbare materialen (bijvoorbeeld groenafval). Met andere woorden: een materiaal is composteerbaar wanneer het afbraakproces compatibel is met de omgevingsomstandigheden van een huishoudelijke of industriële composteerinstallatie, zoals temperatuur, vochtigheid en tijd. Hierbij dient te worden opgemerkt dat composteerbare materialen biodegradeerbaar zijn, maar niet alle biodegradeerbare materialen zijn composteerbaar. In de geotextiel bestaan twee grote verschillen in toepassingen. De permanente of houdbare toepassingen en de degradeerbare toepassingen. Oeverbescherming is een goed voorbeeld van een degradeerbaar product. Een nieuwe oever bestaat voor een groot deel uit los zand. Om ervoor te zorgen dat de oever door bijvoorbeeld erosie niet verdwijnt, worden er kokosmatten gebruikt voor versteviging. Op deze kokosmatten vormt zich op den duur een nieuw ecosysteem. De kokosmatten zullen dan na een aantal jaren composteren zonder vervuilende grondstoffen in de aarde achter te laten. Maar in bijvoorbeeld wegen of bij viaducten, wordt versteviging toegepast met als doel langdurig functiebehoud van het polymeer. In dit rapport is een tabel opgenomen met daarin de behandelde biopolymeren met de belangrijkste eigenschappen. Zo kan bijvoorbeeld een geotextiel producent de meest optimale keuze maken voor de grondstoffen voor haar producten. Ook is een figuur opgenomen, waarin een verzameling aan geotoepassingen en biopolymeren (met degradeerbaar/biobased labels) in een overzicht is gezet. Biopolymeren kunnen,
MULTIFILE
