Bioimpresión integrada de estructuras similares a tejidos utilizando medio sub-microgel de κ-carragenina

Resumen

Este estudio presenta un nuevo baño de suspensión de submicrogel de κ-carragenina, que muestra notables propiedades de transición reversibles de atasco-desatasco. Estos atributos contribuyen a la construcción de tejidos y órganos biomiméticos en bioimpresión 3D integrada. La impresión exitosa de tejidos similares al corazón y al esófago con alta resolución y crecimiento celular demuestra aplicaciones de bioimpresión e ingeniería de tejidos de alta calidad.

Resumen

La bioimpresión tridimensional (3D) incrustada que utiliza un baño de soporte de hidrogel granular se ha convertido en una técnica crítica para crear andamios biomiméticos. Sin embargo, la ingeniería de un medio de suspensión de gel adecuado que equilibre la deposición precisa de biotinta con la viabilidad y la función celular presenta múltiples desafíos, particularmente para lograr las propiedades viscoelásticas deseadas. Aquí, se fabrica un novedoso baño de soporte de gel de κ-carragenina a través de un proceso de molienda mecánica fácil de operar, que produce partículas submicroscópicas homogéneas. Estos submicrogeles exhiben un comportamiento de flujo típico de Bingham con un pequeño límite elástico y propiedades de adelgazamiento rápido por cizallamiento, que facilitan la deposición suave de las biotintas. Además, la transición reversible gel-sol y las capacidades de autocuración de la red de microgel κ-carragenina garantizan la integridad estructural de las construcciones impresas, lo que permite la creación de estructuras tisulares complejas de varias capas con características arquitectónicas definidas. Después de la impresión, los submicrogeles de κ-carragenina se pueden eliminar fácilmente con un simple lavado con solución salina tamponada con fosfato. La bioimpresión adicional con biotintas cargadas de células demuestra que las células dentro de las construcciones biomiméticas tienen una alta viabilidad del 92% y extienden rápidamente los seudópodos, además de mantener una proliferación robusta, lo que indica el potencial de esta estrategia de bioimpresión para la fabricación de tejidos y órganos. En resumen, este nuevo medio de submicrogel de κ-carragenina surge como una vía prometedora para la bioimpresión integrada de calidad excepcional, con profundas implicaciones para el desarrollo in vitro de tejidos y órganos modificados.

Introducción

Los andamios de ingeniería de tejidos, incluidas las fibras electrohiladas, las esponjas porosas y los hidrogeles poliméricos, desempeñan un papel fundamental en la reparación y reconstrucción de tejidos y órganos dañados al proporcionar un marco estructural que apoya el crecimiento celular, la regeneración de tejidos y la restauración de la función de los órganos ^1,2,3. Sin embargo, los andamios tradicionales enfrentan desafíos para replicar con precisión las estructuras de los tejidos nativos, lo que lleva a un desajuste entre los tejidos diseñados y los naturales. Esta lim....

Protocolo

1. Preparación del baño de suspensión de submicrogel de κ-carragenina

1. Prepare 500 mL de baño en suspensión de κ-carragenina (0,35% en peso/vol) añadiendo 1,75 g de polvo de κ-carragenina en 500 mL de solución salina tamponada con fosfato (PBS, pH 7,4) dentro de un frasco de vidrio de 1.000 mL.
2. Introduzca una barra agitadora magnética de 70 mm en la botella de vidrio para agitar la mezcla acuosa. Apriete la tapa de la botella de vidrio y luego aflójela media vuelta.
3. Coloque la botella de vidrio en un baño de agua a 70 °C y caliéntela. Encienda el agitador magnético a una velocidad de 300 rpm, col....

Discusión

La preparación de baños de suspensión de submicrogel de κ-carragenina para su uso en bioimpresión es un proceso cuidadosamente orquestado que implica varios pasos críticos para garantizar que el medio resultante exhiba las propiedades deseadas para soportar las biotintas. Inicialmente, se prepara una solución de κ-carragenina disolviendo el polvo de κ-carragenina en agua desionizada a temperaturas elevadas, creando una mezcla homogénea.

Materiales

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