κ-カラギーナンサブマイクロゲル培地を用いた組織様構造の埋め込みバイオプリンティング

要約

この研究では、新しい κ-カラギーナンサブマイクロゲル懸濁液浴を導入し、顕著な可逆的なジャミング-アンジャミング遷移特性を示します。これらの特性は、埋め込まれた3Dバイオプリンティングにおける生体模倣組織や臓器の構築に貢献しています。心臓/食道様組織の高解像度と細胞増殖によるプリンティングの成功は、高品質のバイオプリンティングおよび組織工学の応用を示しています。

要約

粒状ヒドロゲル支持浴を利用した埋め込み型三次元(3D)バイオプリンティングは、生体模倣スキャフォールドを作成するための重要な技術として浮上しています。しかし、正確なバイオインクの沈着と細胞の生存率および機能のバランスをとる適切なゲル懸濁液培地を設計するには、特に望ましい粘弾性特性を達成する上で複数の課題があります。ここでは、新しい κ-カラギーナンゲル支持浴が、操作が容易な機械的粉砕プロセスを通じて製造され、均質なサブマイクロスケールの粒子を生成します。これらのサブマイクロゲルは、小さな降伏応力と急速なせん断減粘特性を備えた典型的なビンガム流動挙動を示し、バイオインクのスムーズな堆積を促進します。さらに、 κ-カラギーナンマイクロゲルネットワークの可逆的なゲルゾル転移と自己修復能力により、プリントされたコンストラクトの構造的完全性が確保され、明確な建築的特徴を持つ複雑な多層組織構造の作成が可能になります。プリント後、 κ-カラギーナンサブマイクロゲルは、単純なリン酸緩衝生理食塩水洗浄で簡単に除去できます。さらに、細胞を多く含むバイオインクを用いたバイオプリンティングにより、バイオミメティックコンストラクト内の細胞は92%という高い生存率を持ち、偽足を急速に伸ばし、堅固な増殖を維持することが実証されており、このバイオプリンティング戦略が組織や臓器の作製に応用できる可能性が示されています。要約すると、この新しい κ-カラギーナンサブマイクロゲル培地は、優れた品質の埋め込みバイオプリンティングの有望な手段として浮上しており、人工組織や臓器の in vitro 開発に深い意味を持っています。

概要

電気紡糸繊維、多孔質スポンジ、高分子ハイドロゲルなどの組織工学足場は、細胞増殖、組織再生、臓器機能の回復を支える構造的枠組みを提供することにより、損傷した組織や臓器の修復と再建において極めて重要な役割を果たします^1,2,3.しかし、従来のスキャフォールドでは、天然の組織構造を正確に再現するという課題に直面し、人工組織と天然組織との間にミスマッチが生じます。この制限は、欠陥のある組織の効率的な治癒を妨げ、より正確なバイオミミクリーを達成するための足場設計の進歩が緊急に必要であることを強調しています。3次元(3D)バイオプリンティングは、生体材料のインクと細胞⁴を使用して、複雑な生体組織構造を層ごとに正確に構築する革新的な製造技術です。さまざまな生体材料の中で、高分子ハイドロゲルは、細胞のin situカプセル化を促進し、細胞の成長を決定的にサポートする独特のネットワークを備えた理想的なバイオインクとして浮上しています^5,6。それにもかかわらず、多くの柔らかく高水和したハイドロゲルは、バイオインクとして使用すると、印刷プロセス中に印刷された足場構造のぼやけや急速な崩壊を....

プロトコル

1. κ -カラギーナンサブマイクロゲル懸濁液浴の調製

1. 1,000 mLのガラス瓶内の500 mLのリン酸緩衝生理食塩水(PBS、pH 7.4)溶液に1.75 gのκ-カラギーナン粉末を加えて、500 mLのκ-カラギーナン懸濁液浴(0.35%重量/vol)を調製します。
2. 70 mmのマグネチックスターラーバーをガラス瓶に導入して、水性混合物を攪拌します。ガラス瓶のキャップを締めてから、半回転緩めます。
3. ガラス瓶を70°Cのウォーターバスに入れて加熱します。マグネチックスターラーを300rpmの速度でオンにし、ボトルを置き、ポリマーが完全に溶解するまで攪拌します。
4. 別のガラス瓶をオートクレーブに入れて滅菌し、121°Cで30分間運転します。
5. 高圧滅菌器が80°Cに冷却されたら、滅菌器からボトルを取り出し、超清潔な作業台に移してさらに取り扱います。
6. 完全に溶解した κ-カラギーナン溶液を0.22μmフィルターを使用して滅菌ガラス瓶にろ過します。
   注:溶液が熱いうちに迅速にろ過を行い、 κ-カラギーナンが冷却されてフィルターを塞ぐのを防ぎます。
7. κ-カラギーナン溶液を4°Cで保存し、カチオン架橋ゲル化を12時間誘導します。
8. ....

ディスカッション

バイオプリンティングで使用する κ-カラギーナンサブマイクロゲル懸濁液浴の調製は、得られた培地がバイオインクを支えるための望ましい特性を示すことを保証するためのいくつかの重要なステップを含む、慎重に調整されたプロセスです。最初に、 κ-カラギーナン溶液は、 κ-カラギーナン粉末を高温で脱イオン水に溶解するこ?.......

資料

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