Decellularized extracellular matrix is a promising material for regenerative medicine applications. Decellularized Wharton's jelly (WJ) is considered as a favorable allograft based material due to its biological properties including antibacterial activities, and immunomodulation. However, the rapid degradation and poor mechanical behavior of WJ derived membranes in biological environment hinders their application in guided bone regeneration. In this study, we have demonstrated that tannic acid (TA), a natural polyphenol, is an efficient cross-linking agent to significantly improve the mechanical properties and the enzymatic stability of WJ membranes. In addition, the post-oxidation of WJ-TA membranes, by sodium periodate, endowed superior biological properties. Indeed, WJ-TA oxidized (WJ-TA-ox) membranes showed antibacterial and antioxidant activities along with a better performance in vitro, improving primary osteoblast and dental pulp stromal cell adhesion and proliferation, and in vivo, increasing the de novo bone formation in a parietal bone defect. These results showed the osteo-biocompatibility and the great potentials of WJ-TA-ox membranes for bone regenerative medicine.

Abstract Volumetric bioprinting has revolutionized the field of biofabrication by enabling the creation of cubic centimeter-scale living constructs at faster printing times (in the order of seconds). However, a key challenge remains: developing a wider variety of available osteogenic bioinks that allow osteogenic maturation of the encapsulated cells within the construct. Herein, the bioink exploiting a step-growth mechanism (norbornene-norbornene functionalized gelatin in combination with thiolated gelatin - GelNBNBSH) outperformed the bioink exploiting a chain-growth mechanism (gelatin methacryloyl - GelMA), as the necessary photo-initiator concentration was three times lower combined with a more than 50 % reduction in required light exposure dose resulting in an improved positive and negative resolution. To mimic the substrate elasticity of the osteoid, two concentrations of the photo-initiator Li-TPO-L (1 and 10 mg/ml) were compared for post-curing whereby the lowest concentration was selected since it resulted in attaining the osteogenic substrate elasticity combined with excellent biocompatibility with HT1080 cells (> 95 %). Further physico-chemical testing revealed that the volumetric printing process affected the degradation time of the constructs with volumetric constructs degrading slower than the control sheets which could be due to the introduced fibrillar structure inherent to the volumetric printing process. Moreover, GelNBNBSH volumetric constructs significantly outperformed the GelMA volumetric constructs in terms of a 2-fold increase in photo-crosslinkable moiety conversion and a 3-fold increase in bulk stiffness of the construct. Finally, a 21-day osteogenic cell study was performed with highly viable dental pulp-derived stem cells (> 95 %) encapsulated within the volumetric printed constructs. Osteogenesis was greatly favored for the GelNBNBSH constructs through enhanced early (alkaline phosphatase activity) and late maturation (calcium production) osteogenic markers. After 21 days, a secretome analysis revealed a more mature osteogenic phenotype within GelNBNBSH constructs as compared to their chain-growth counterpart in terms of osteogenic, immunological and angiogenic signalling.