Eingebettetes Bioprinting von gewebeähnlichen Strukturen mit κ-Carrageen-Submikrogel-Medium

Zusammenfassung

In dieser Studie wird ein neuartiges κ-Carrageen-Submikrogel-Suspensionsbad vorgestellt, das bemerkenswerte reversible Jamming-Unjamming-Übergangseigenschaften aufweist. Diese Attribute tragen zur Konstruktion biomimetischer Gewebe und Organe im eingebetteten 3D-Bioprinting bei. Das erfolgreiche Drucken von herz-/ösophagusähnlichem Gewebe mit hoher Auflösung und Zellwachstum demonstriert hochwertige Bioprinting- und Tissue-Engineering-Anwendungen.

Zusammenfassung

Der eingebettete dreidimensionale (3D) Biodruck unter Verwendung eines körnigen Hydrogel-Stützbades hat sich als wichtige Technik für die Erstellung biomimetischer Gerüste erwiesen. Die Entwicklung eines geeigneten Gelsuspensionsmediums, das die präzise Abscheidung von Biotinte mit der Lebensfähigkeit und Funktion der Zellen in Einklang bringt, stellt jedoch mehrere Herausforderungen dar, insbesondere bei der Erzielung der gewünschten viskoelastischen Eigenschaften. Hier wird ein neuartiges κ-Carrageen-Gel-Stützbad durch einen einfach zu bedienenden mechanischen Mahlprozess hergestellt, wodurch homogene submikroskalige Partikel hergestellt werden. Diese Submikrogele weisen ein typisches Bingham-Fließverhalten mit geringer Fließspannung und schnellen Scherverdünnungseigenschaften auf, die eine reibungslose Abscheidung von Biotinten ermöglichen. Darüber hinaus gewährleisten der reversible Gel-Sol-Übergang und die Selbstheilungskräfte des κ-Carrageen-Mikrogel-Netzwerks die strukturelle Integrität der gedruckten Konstrukte und ermöglichen die Schaffung komplexer, mehrschichtiger Gewebestrukturen mit definierten architektonischen Merkmalen. Nach dem Druck können die κ-Carrageen-Submikrogele leicht durch eine einfache phosphatgepufferte Kochsalzlösung entfernt werden. Weiteres Bioprinting mit zellbeladenen Biotinten zeigt, dass Zellen innerhalb der biomimetischen Konstrukte eine hohe Lebensfähigkeit von 92% aufweisen und Pseudopodien schnell vermehren sowie eine robuste Proliferation beibehalten, was auf das Potenzial dieser Bioprinting-Strategie für die Gewebe- und Organherstellung hinweist. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass dieses neuartige κ-Carrageen-Submikrogel-Medium einen vielversprechenden Weg für eingebettetes Bioprinting von außergewöhnlicher Qualität darstellt und tiefgreifende Auswirkungen auf die In-vitro-Entwicklung von gentechnisch hergestellten Geweben und Organen hat.

Einleitung

Tissue-Engineering-Gerüste, einschließlich elektrogesponnener Fasern, poröser Schwämme und Polymer-Hydrogele, spielen eine zentrale Rolle bei der Reparatur und Rekonstruktion geschädigter Gewebe und Organe, indem sie ein strukturelles Gerüst bieten, das das Zellwachstum, die Geweberegeneration und die Wiederherstellung der Organfunktion unterstützt ^1,2,3. Herkömmliche Gerüste stoßen jedoch auf Herausforderungen bei der genauen Nachbildung nativer Gewebestrukturen, was zu einer Diskrepanz zwischen dem technischen und dem natürlichen Gewebe führt. Diese Einschränkung behindert ....

Protokoll

1. Vorbereitung des κ-Carrageen-Submikrogel-Suspensionsbades

1. Bereiten Sie 500 mL κ-Carrageen-Suspensionsbad (0,35 % Gew./Vol.) vor, indem Sie 1,75 g κ-Carrageenpulver in 500 mL phosphatgepufferte Kochsalzlösung (PBS, pH 7,4) in einer 1.000 mL Glasflasche geben.
2. Führen Sie einen 70 mm Magnetrührstab in die Glasflasche ein, um die wässrige Mischung zu verrühren. Ziehen Sie den Glasflaschenverschluss fest und lösen Sie ihn dann um eine halbe Umdrehung.
3. Stellen Sie die Glasflasche in ein 70 °C heißes Wasserbad und erhitzen Sie sie. Schalten Sie den Magnetrührer mit einer Drehzahl von 300 U/min ein,....

Diskussion

Die Herstellung von κ-Carrageen-Submikrogel-Suspensionsbädern für den Einsatz im Bioprinting ist ein sorgfältig orchestrierter Prozess, der mehrere kritische Schritte umfasst, um sicherzustellen, dass das resultierende Medium die gewünschten Eigenschaften zur Unterstützung von Biotinten aufweist. Zunächst wird eine κ-Carrageen-Lösung hergestellt, indem das κ-Carrageen-Pulver in deionisiertem Wasser bei erhöhten Temperaturen aufgelöst wird, wodurch eine homog.......

Materialien

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