الطباعة الحيوية المضمنة للهياكل الشبيهة بالأنسجة باستخدام وسط κ-Carrageenan Sub-Microgel

Summary

تقدم هذه الدراسة حماما معلقا جديدا للميكروجيل κ-carrageenan ، يعرض خصائص انتقالية رائعة للتشويش وفك التشويش عكسيا. تساهم هذه السمات في بناء أنسجة وأعضاء المحاكاة الحيوية في الطباعة الحيوية 3D المضمنة. توضح الطباعة الناجحة للأنسجة الشبيهة بالقلب / المريء بدقة عالية ونمو الخلايا تطبيقات الطباعة الحيوية وهندسة الأنسجة عالية الجودة.

Abstract

ظهرت الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد (3D) المضمنة باستخدام حمام دعم هيدروجيل حبيبي كتقنية حاسمة لإنشاء سقالات محاكاة حيوية. ومع ذلك ، فإن هندسة وسط تعليق جل مناسب يوازن بين الترسيب الدقيق للحبر الحيوي وصلاحية الخلية ووظيفتها يمثل تحديات متعددة ، لا سيما في تحقيق الخصائص اللزجة المرنة المطلوبة. هنا ، يتم تصنيع حمام دعم هلام κ-carrageenan جديد من خلال عملية طحن ميكانيكية سهلة التشغيل ، مما ينتج عنه جزيئات متجانسة دون المجهرية. تظهر هذه الهلاميات شبه الهلامية سلوك تدفق بينغهام النموذجي مع إجهاد صغير في الغلة وخصائص ترقق القص السريع ، مما يسهل الترسيب السلس للأحبار الحيوية. علاوة على ذلك ، يضمن انتقال الجل القابل للانعكاس وقدرات الشفاء الذاتي لشبكة κ-carrageenan microgel السلامة الهيكلية للتركيبات المطبوعة ، مما يتيح إنشاء هياكل أنسجة معقدة متعددة الطبقات مع ميزات معمارية محددة. بعد الطباعة ، يمكن إزالة الهلاميات الفرعية κ-carrageenan بسهولة عن طريق غسل ملحي بسيط مخزن بالفوسفات. توضح الطباعة الحيوية الإضافية باستخدام الأحبار الحيوية المحملة بالخلايا أن الخلايا داخل تركيبات المحاكاة الحيوية تتمتع بقدرة عالية على البقاء بنسبة 92٪ وتمتد بسرعة إلى pseudopodia ، بالإضافة إلى الحفاظ على انتشار قوي ، مما يشير إلى إمكانات استراتيجية الطباعة الحيوية هذه لتصنيع الأنسجة والأعضاء. باختصار ، يبرز هذا الوسيط شبه الدقيق κ-carrageenan الجديد كوسيلة واعدة للطباعة الحيوية المدمجة بجودة استثنائية ، مما يحمل آثارا عميقة على التطوير في المختبر للأنسجة والأعضاء المهندسة.

Introduction

تلعب سقالات هندسة الأنسجة ، بما في ذلك الألياف المغزولة بالكهرباء والإسفنج المسامي والهلاميات المائية البوليمرية ، دورا محوريا في إصلاح وإعادة بناء الأنسجة والأعضاء التالفة من خلال توفير إطار هيكلي يدعم نمو الخلايا وتجديد الأنسجة واستعادة وظيفة الأعضاء^1،2،3. ومع ذلك ، تواجه السقالات التقليدية تحديات في تكرار هياكل الأنسجة الأصلية بدقة ، مما يؤدي إلى عدم تطابق بين الأنسجة الهندسية والطبيعية. يعيق هذا القيد الشفاء الفعال للأنسجة المعيبة ، مما يؤكد الحاجة الملحة لتطورات تصميم السقالة لتحقيق تقليد حيوي أكثر دقة. الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد (3D) هي تقنية تصنيع مبتكرة تبني بدقة ....

Protocol

1. إعداد حمام تعليق κ -carrageenan sub-microgel

1. قم بإعداد 500 مل من حمام تعليق κ-carrageenan (0.35٪ وزن / حجم) بإضافة 1.75 جم من مسحوق κ -carrageenan إلى 500 مل من محلول ملحي مخزن بالفوسفات (PBS ، درجة الحموضة 7.4) داخل زجاجة زجاجية سعة 1000 مل.
2. أدخل قضيب تحريك مغناطيسي 70 مم في الزجاجة لتقليب الخليط المائي. اربط غطاء الزجاجة ثم قم بفكه بمقدار نصف دورة.
3. ضع الزجاجة في حمام مائي على حرارة 70 درجة مئوية وقم بتسخينها. قم بتشغيل المحرك المغناطيسي بسرعة 300 دورة في الدقيقة ، ضع الزجاجة ، وحركها حتى يذوب البوليمر تماما.
4. خذ زجاجة زجاجية أخرى وضعها في الأوتوكلاف للتعقيم ، على حرارة 121 درجة مئو....

النتائج

تم إنشاء حمام هلام κ-carrageenan الحبيبي عن طريق تفتيت الهلاميات المائية السائبة ميكانيكيا إلى ملاط هلام الجسيمات. أظهرت أحدث دراسة أن جسيمات κ-carrageenan أظهرت قطرا متوسطا يبلغ حوالي 642 ± 65 نانومتر مع أشكال موحدة عند 1000 دورة في الدقيقة من المزج الميكانيكي¹⁵ ، أصغر بكثير من أبعاد ال?.......

Discussion

يعد تحضير حمامات تعليق κ-carrageenan sub-microgel للاستخدام في الطباعة الحيوية عملية منسقة بعناية تتضمن عدة خطوات حاسمة لضمان أن الوسط الناتج يعرض الخصائص المطلوبة لدعم الأحبار الحيوية. في البداية ، يتم تحضير محلول κ-carrageenan عن طريق إذابة مسحوق κ-carrageenan في الماء م?.......

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
3D bioprinter	Custom-designed
4’,6-Diamidino-2-Phenylindole	Solarbio Life Science	C0065	Ready-to-use
405 nm UV light	EFL	XY-WJ01
Cell Counter	Corning	Cyto smart 6749
Confocal laser scanning microscope	Leica	STELLARIS 5
DMEM high glucose	VivaCell	C3113-0500	High Glucose, with Sodium Pyruvate and L-Glutamine
Dynamic rotational rheometer	TA Instrument	Discovery HR-20
Esophageal smooth muscle cells	Supplied by the Department of Cell Biology and Regenerative Medicine, Health Science Center, Ningbo University		Primary cells from the rabbit esophagus
Fetal bovine serum	UE	F9070L
Fluorescein isothiocyanate labeled phalloidin	Solarbio Life Science	CA1610	300T
Gelatin methacrylate	EFL	EFL-GM-60	60% substitution
k-carrageenan	Aladdin	C121013-100g	Reagent grade
Lithium Phenyl (2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphinate	Aladdin	L157759-1g	365~405 nm
Live-Dead kit	beyotime	C2015M
Microplate reader	Potenov	PT-3502B
Paraformaldehyde	Solarbio Life Science	P1110	4%
Penicillin/streptomycin	Solarbio Life Science	MA0110	100 ´
Phosphate buffered saline	VivaCell	C3580-0500	pH 7.2-7.4
Silk fibroin methacrylate	EFL	EFL-SilMA-001	39% substitution
Triton X-100	Solarbio Life Science	T8200
Trypsin-EDTA	VivaCell	C100C1	0.25%, without phenol red