A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
פרוטוקול זה מתאר את הייצור של polycaprolactone (PCL) נימה עם microspheres חומצה (PLA) polylactic מוטבע אשר מכילים decellularized מטריצות (DM) עבור הדפסת תלת-ממד של רקמות מבניות הנדסת מבנים.
Bioprinting תלת-ממד שואפת ליצור מותאם אישית פיגומים פעילים ביולוגית, להתאים את הגודל הרצוי ואת הגיאומטריה. שדרה גומי סינתטי אשר בהתקשותו יכול לספק יציבות מכנית דומה רקמה מקורית סוכנים וחיסונים מציעים רמזים ההלחנה כדי ובתאים, המוביל שלהם ההעברה, התפשטות של בידול כדי לשקם את רקמות המקורי / האיברים1,2. למרבה הצער, רבים תואמת הדפסת תלת-ממד, bioresorbable פולימרים (כגון חומצה polylactic, פלה) הם מודפסים בטמפרטורה של 210 ° C ומעלה - טמפרטורות אשר פוגמים תכשירים. מצד שני, הוא polycaprolactone (PCL), סוג אחר של פוליאסטר, bioresorbable, חומר להדפסה תלת-ממד בעל עדינה ההדפסה לטמפרטורה של 65 מעלות צלזיוס. לכן, זה היה שיערו הזה decellularized מטריצה חוץ-תאית (DM) הנכלל מחסום PLA הגנה תרמית יכול להדפיס תוך PCL פילמנט ולהישאר קונפורמציה פונקציונלי שלה. בעבודה זאת, תיקון osteochondral היה היישום שעבורו נבחנה ההשערה. ככזה, סחוס חזירי היה decellularized, במארז polylactic חומצה microspheres (PLA) אשר היו אז extruded עם polycaprolactone (PCL) לתוך פילמנט לייצר מבנים תלת-ממד באמצעות התמזגו התצהיר דוגמנות. המבנה עם או בלי microspheres את (PLA-DM/PCL ו- PCL(-), בהתאמה) הוערכו ההבדלים תכונות פני השטח.
טכניקות הנדסה הנוכחי של רקמות ליישומים קליניים כגון שחזור עצמות, סחוס, גיד, רצועה השתמש אוטומטית - allografts לתיקון רקמות שנפגעו. כל אחת מהטכניקות הללו מתבצע באופן שגרתי כמו "תקן הזהב" הקלינית על ידי קודם קצירת רקמה או מן המטופל או התאמה cadaveric, ולאחר מכן מציבים הרקמה לתוך האתר פגם2. עם זאת, אסטרטגיות אלו מוגבלים על ידי תורם אתר תחלואה, התורם מחסור לאתר פגמים גדולים, הסיכון לזיהום, ולא מצליח למצוא שתלי התואמים את הגיאומטריה הרצוי. בנוסף, מחקרים הראו כי allografts המשמש עבור שחזור לצמצם תכונות מכניות וחיסונים בהשוואה רקמות יליד3. עם שיקולים אלה בחשבון, מהנדסי רקמה לאחרונה פנו שלושה bioprinting תלת-ממדי (3D) כדי לייצר גיאומטריות מותאם אישית, מורכבים פעילים ביולוגית, נועד להכיל פגם בגודל וצורה תוך מתן מספיק תכונות מכניות עד שיפוץ וחיסונים תושלם.
באופן אידיאלי, לפיגום מודפס 3D מקובעים על עמוד השדרה פולימריים, באפשרותך לשמור את היציבות הנדרשת מכני של רקמה מקורית תכשירים incorporated מציעים רמזים הביוכימי הסמוכים תאים, שמוביל את ההגירה שלהם, התפשטות, בידול, רקמת ייצור2,5. למרבה הצער, רוב המבנים אשר מכילים רכיבים ביולוגיים נעשים עם ג'לים או פולימרים חלשים מכדי לעמוד ויוו כוחות מנוסים על ידי הרקמות ממוקד עבור שחזור אוטומטי/להשתלת. פולימרים אחרים כגון חומצה polylactic (PLA) הם bioresorbable, 3D להדפסה, מבחינה מבנית נשמע, אבל מודפסות ב והטמפרטורה מעל 210 ° C - עושה את זה בלתי אפשרי עבור תכשירים להיות מודפס במשותף במהלך ייצור. Polycaprolactone (PCL) הוא עוד אישר ה-FDA, bioresorbable פולימר שניתן 3D מודפס בטמפרטורה נמוכה יותר (65 ° C), אשר הפך פופולרי יותר ויותר בבדיית החולה הספציפי שתלים עם מורכבות מורפולוגיות5,6 ,-7,-8,-9. עם זאת, רוב bioprinters באמצעות טכנולוגיית פנאומטיים שיקשה להדפסת PCL בטמפרטורות נמוכות שבו פעילויות ביולוגיות יכול להישאר ללא פגע. עד כה, השתלבותם של פולימרים אלה עם אוטומטי/allografts biomaterial להדפסה הרומן טרם להתבצע. בהיעדר חומר כזה, סביר בגישה האמיתית רקמות מהונדסים רקמות השיקום. לכן, יש ביקשו לשלב ה-PLA, PCL, ואנו decellularized להשתלת מטריצות (DM) כדי לנצל את היתרונות של כל חומר כדי לייצר מבנה קיימא מסוגלת שיחזור רקמות מורכבות. תהליך זה יספק חוזק מכני ראשוני צורך להתנגד ויוו כוחות, יציבות תרמית כדי להכיל כתוסף בייצור מבנה המשרה כלפי היווצרות של הרקמה הרצויה.
בניסיון האחרונות כתובת הקשיים הנ ל, הראינו כי זה ריאלי כדי לתמצת סחוס decellularized מטריצה חוץ-תאית בתוך מכשול PLA הגנה תרמית יכול להיות extruded בתוך PCL חוטים, שמירה על היכולת של מיט להשפיע על התאים שמסביב מארח2. זה נתן השראה אותנו לחפש את גישות קליניות יעיל עבור שיקום הרקמה. במחקר הנוכחי, אנו מנצלים את הטכנולוגיה פלטפורמה לבנות פיגומים all-in-one זה כוללים את ה-PLA, מיט PCL (PLA-DM/PCL).
המטרה שלנו היא כדי לשפר את היעילות ואת התועלת של allografts בטכניקה biofabrication הרומן המוצע כדי לסכם באופן מדויק יותר רקמה מקורית, בסופו של דבר להשתמש בהם ביישומים שונים.
1. קבלת ו Preprocessing Microspheres
2. הערכות בקרת איכות ננו-ספירה
הערה: ראה איור 1.
3. נימה יצירה עבור הדפסת תלת-ממד
4. הדפסה עם נימה
5. בקרת איכות הערכה
6. בדיקות פונקציונליות של המבנה מודפס
הערה: phosphatase אלקליין (ALP) יכול לשמש פונדקאית עבור מטריצה decellularized כדי לקבוע אם חלבונים שעברו אנקפסולציה הם פעילים ביולוגית לאחר תהליך הייצור נימה. ALP משמש כי זה מזרז תגובה מצע, p-nitrophenyl פוספט, כדי לשנות צבע צהוב תוצרי לוואי, p-nitrophenol, פוספט אורגניים, אבל רק אם ALP קונפורמציה פונקציונלי.
לאחר ניפוי, microspheres צריך להופיע במדים, להשתחרר מן אגרגטים. תחת SEM, microspheres sieved ייתכן נקבוביות קטנות על פני השטח, אבל אחרת יהיה כדורית וחלק, כפי שמוצג באיור1. חוטים הבלטת כל צריך להיות של קוטר אחיד, חתך מעגלי. פילמנט המכיל microspheres (PLA-DM/PCL) יהיו מעט יותר מט תוך PCL בלב...
שניהם decellularized מטריצות, פיגומים PCL מודפס 3D הוכחו באופן עצמאי כדי לאפשר הדבקה ותיקון התפשטות של תאים, אימות והשימוש osteochondral10,11,12. השימוש של מטריקס decellularized ב גישות הנדסת רקמות תיקון היה נושא של עניין הרבה הצלחה של האחרונים עברו2
המחברים אין לחשוף.
הפרויקט מומן באופן חלקי על ידי מענק מ רפואת ילדים אורטופדיים החברה של צפון אמריקה (POSNA) ולהעניק מכוני הבריאות הלאומיים NIBIB R21EB025378-01 (מענק מחקר בביו-הנדסה גישוש).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Sieve machine | Haver & Boecker Tyler | Ro-Tap RX 29-E Pure | |
Sieve 90 um | Fisherbrand | 170328156 | No. 170 |
Sieve 53 um | Fisherbrand | 162513588 | No. 270 |
Sieve 106 um | Fisherbrand | 162018121 | No. 140 |
Sputter coater | Leica | n/a | |
Scanning Electron Microscope | Hitachi, USA | n/a | |
Filabot EX2 | Filabot.com | FB00061 | |
Filabot Spooler | Filabot.com | FB00073 | |
CAPA 6506 | Perstorp | 24980-41-4 | |
Phosphate buffered saline, PBS | Gibco | 10010023 | |
6" Fan | Comfort Zone, Amazon | n/a | |
Ultrasonic Water Bath | Cole Parmer | SK-08895-13 | |
Dreamer | FlashForge | n/a | |
Drum Mixer | Custom made | n/a | Similar piece of equipment: https://www.coleparmer.com/i/argos-technologies-flexiroll-digital-tube-roller-shaker-120-vac/0439744?PubID=UX&persist=true&ip= no&gclid=CjwKCAjw- dXaBRAEEiwAbwCi5khGDMz0 dTjsraEsBGfhMEH7ytx LQWGUPNgUJYQ1p3vj_yxkYoI_ ixoC9GwQAvD_BwE |
Micro Balance | Mettler Toledo, Fisher Scientific | 01-913-851 | |
Simplify3D | Simplify3D | n/a | |
SolidWorks | SolidWorks | n/a | |
Microspheres | Produced in-house, see concurrently submitted JoVE submission | ||
p-nitrophenyl phosphate, disodium salt, hexahydrate | Millipore | 4876-5GM | |
Phosphatase, alkaline | Roche Diagnostics GmbH | 10 713 023 001 | |
Absorbance Reader | Tecan | Sunrise | |
Tris-HCl Buffer | Sigma-Aldrich | T6455-100ML | |
Heated shaker | New Brunswick Scientific | Excella E24 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved