The work presented here is supported by the Singapore National Research Foundation under CREATE program (NRF-Technion): The Regenerative Medicine Initiative in Cardiac Restoration Therapy Research Program and by the Public Sector Funding (PSF) 2012 from the Science and Engineering Research Council (SERC) under the Agency for Science, Technology and Research (A*STAR).

주 :이 프로토콜은 표면 에칭 (도 1b) 및 압출 기반 bioprinter (도 1C) 10 배압 이용한 로봇 분배 시스템 (도 1A)의 사용을 설명한다. 폴리스티렌 표면의 1. 수정 <ol><li> 폴리스티렌 조직 배양 플레이트 에칭 인쇄 모두의 높이 일관성을 망치고, 중앙 위쪽 활 경향 때문에 1mm 폴리스티렌 시트를 사용한다. 주 : 폴리스티렌 시트 세포 부착을 위해 변형되지 않은 때, 플라즈마 처리가 수행된다. </li><li> 산소 플라즈마 처리. <ol><li> 우선, 플라즈마 시스템에 연결된 산소 실린더 레귤레이터 2 바의 압력을 선택한다. 그런 다음 컴퓨터의 제어판에 다음 조건에 입력 플라즈마 시스템을 전환 : 150 W, 산소의 30 sscm, 10 분 (전력, 가스 흐름과 시간을 각각 참조). </li><li> 폴리스티렌 substrat 배치플라즈마 챔버에 전자 문을 밀봉 제어판의 시작 버튼을 누릅니다. 소 태아 혈청에서 산소 플라즈마 처리 폴리스티렌 기판을 담가 3 회 1X 인산 완충 생리 식염수 (PBS)를 세척하기 전에 2 시간 동안 37 ℃에서 배양한다. </li></ol></li></ol> 2. 프로그램의 인쇄 패턴 <ol><li> 스타일러스 또는 메스로 먼저 에칭에 표면을 프로그램을 사용합니다. <ol><li> 스타일러스를 사용하는 경우가 쐐기 및 고정 될 때까지, 분배 주사기 (중 5 또는 10 ㎖)의 노즐에 (큰 관심과 함께 내부에서) 1.5 mm 직경의 섬유 바늘을 삽입합니다. 이 인쇄 아암의 클램프기구에 고정 될 수 있도록 메스를 사용하는 경우, 라운드 처리 메스를 선택한다. 주 : 스타일러스가 더 메스 블레이드보다 곡선 패턴을 에칭. </li><li> 먼저 bioprinted 배열을 만들려고 할 때, XY 좌표를 생성하기 위해 번호를 축으로 그래프 용지에 원하는 패턴을 스케치합니다. 그럼 내가스프레드 시트 소프트웨어 (그림 2)에 에칭 / bioprinted 패턴의 좌표 nput. 참고 : &quot;원하는 패턴&quot;선형, S 자형, 또는 원형 등의 다양한 모양이 될 수 있습니다. 여기에 설명 된대로 선택은 심근에 중간 엽 줄기 세포의 분화에 대한 평행 직선 라인으로 필요한 실험 모델에 따라 달라집니다. 캐터 그래프 기능이 제안 플롯 패턴의 시각화를 허용한다. </li><li> 인쇄 / 분배 소프트웨어를 엽니 다. &quot;&gt; 프로그램을 프로그램 추가&quot;를 선택하여 프로그램을 설정하는 &quot;포인트를 추가, 편집&gt;&quot;다음을. X를 보냅니다 y는 함수를 사용하여 소프트웨어 분배 / 인쇄에 스프레드 시트에서 얻은 좌표 값을 &quot;복사 및 붙여 넣기&quot;. </li><li> 표면 상으로 스타일러스 / 잉크 노즐을 배치하기 위해 각각 실행하기 전에 로봇의 &quot;Z&quot;의 높이를 보정. <ol><li> 인쇄 / 분배 소프트웨어에서의 &quot;로봇&quot;옵션을 선택 변경 모드 및 &quot;클릭# 34; 그리고 &quot;교육 모드&quot;옵션을 활성화합니다. 일단 선택되면, 소프트웨어는 로봇의 &quot;조그&quot;기능을 가능하게한다. </li><li> 조그하려면 먼저 메뉴 표시 줄에서 다음 명령을 선택하여 기본 위치로 로봇을 초기화; &quot;로봇&gt; 메카 초기화는&quot;다음 &quot;로봇&gt; 조그&quot;를 선택합니다. 입력 패턴의 기원에 정확하게 스타일러스를 배치하는 데 필요한 &quot;X 및 Y 슬롯&quot;의 (mm 단위) 수치. </li><li> 다음으로, &quot;Z 슬롯&quot;의 입력 (mm 단위) 수치는 표면과 접촉 스타일러스 또는 프린팅 노즐을 배치하지만 굴곡하지 않거나 표면 덴트. 이 점은 &quot;Z&quot;시작 값으로 지정됩니다. 주 : 각 홈의 깊이는 시스템의 Z 높이를 이용하여 용이하게 변경 될 수있다. 40, 80 및 170 ㎛ 인 홈은 1 mm 두께의 폴리스티렌 시이트 (도 4 및 표 1)의 표면으로 절단하는 것으로 입증된다. </li></ol></li><li> 상기 p-을 선택좌표 점의 각각에 대한 RINT 명령, 즉, &quot;선 분배의 시작&quot;은을 종료 로봇에 신호를 &quot;선 분배의 끝을&quot;중간 점을 지정하고 &quot;전달 라인&quot;첫 번째 점과 인쇄 개시를 정의 인쇄 실행. </li><li> 상단 메뉴 표시 줄에서 다음과 명령을 선택하여 로봇에 프로그램을 통신 : &quot;로봇&gt; C &amp; T 데이터를 보내기&quot;. </li><li> &quot;실행&quot;모드로 로봇을 변경하여, 에칭 / 인쇄 실행을 시작합니다. 상단 메뉴 표시 줄에서 &quot;&gt; 실행 모드 스위치 모드 변경&gt; 로봇&quot;을 선택하여이 작업을 수행합니다. </li><li> 로봇 디스펜서 콘솔에서 녹색 &quot;시작 버튼&quot;을 눌러 인쇄 절차를 시작합니다. </li></ol></li></ol> 3. 준비 및 인쇄 세포 함유 젤라틴 Bioink을 <ol><li> 최소 필수 중간 알파 중간 (αMEM)에서 2 % 젤라틴을 용해 (10 % FBS와 2 %의 항생제 / antimycot 보충2 시간 동안 60 ° C에서 IC)는 bioink 용액을 제조 하였다. </li><li> 예비 배양 αMEM / 10 % FBS를 사용하여 10cm의 조직 배양 접시에 70 % 합류하는 중간 엽 줄기 세포를 발현하는 적색 형광 단백질 (RFP-MSC들). 37 ° C에서 5 분 동안 1X 트립신 EDTA 용액으로 중간 피막을 제거하여 서스펜션에 부착 된 세포를 분리. </li><li> 5 분 1,000 XG에서 원심 분리하여 세포를 펠렛과 뜨는을 제거합니다. 1X PBS 0.5 ㎖ 중의 세포 펠렛을 재현 탁하고 혈구를 이용하여 세포 밀도를 계산. </li><li> bioink 상온으로 식힌 후, 부드럽게 5 × 6 셀 ML -1의 최종 농도를 달성하기에 bioink RFP-엽 줄기 세포의 현탁액에 충분한 양으로 혼합한다. </li><li> 밀봉 노즐 프린팅 주사기로 세포 베어링 bioink 붓는다. 인쇄 가능한 점도를 달성하기 위해 4 ° C에로드 된 주사기를 진정. </li><li> 자동화 된에로드 된 주사기를 놓습니다로봇 분배 시스템의 공압 라인을 연결하고. 주사기 루어 봉인을 제거하고 인쇄 노즐을 부착합니다. </li><li> 5mm에서 0.05 MPa의 배압을 사용하여 얇은 라인으로 cellularized bioinks 돌출 / 27 G 바늘 / 노즐을 통하여 10 ㎖ 주사기로부터 초 쓰기 속도가 미리 프로그램 증착 다음, 폴리스티렌 필름 표면 상 (원주 위에 추천 테이퍼) 2.1 단계에 설명 된 패턴은 사전 식각 홈 상에 cellularized bioink을 배치합니다. </li><li> 실온에서 1 시간 배양 후, 도립 형광 현미경을 이용하여 시청하기 전에 24 시간 (세포가 감지 에칭 특성에 반응 할 수 있도록)에 전지 (10 % FBS 및 항생 물질로 보충) 10 ml의 성장 배지를 추가 부화 10 배 배율에서. </li></ol>

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The authors declare they have no competing financial interest.

이 과정의 중요한 단계는 프로세스가 기능에 세포 침전을 허용 출혈 / bioink 확산없이 인쇄 전단 응력 세포 사멸없이 세포를 제공하고 불필요한 리니지쪽으로 분화를 유발하지 않아야 같이 줄기 세포의 실제 bioprinting 전달된다. 예상 된 셀의 정렬이 발생하지 않으면, bioink 점도는 인쇄의 적합성을 평가한다. bioink는 세포 패턴 중합체 표면에 침전 할 수 있다는 것이 중요하다. bioink 중합체의 농도는 감소 될 수 있거나 그것의 온도는 점도를 감소시키고 셀의 침강을 촉진하는 (37 ° C에서 최대까지) 증가 하였다. 그러나 이러한 감소는 / 블리드 후 인쇄를 확산하기 위해 bioink의 원인이 될 수 있습니다. 여기에서 우리는 2 % 젤라틴 1X PBS에 용해 (V / w)을 사용하는 것이 좋습니다. 세포 농도가 인쇄 후 작게 나타나는 경우 인쇄에 의한 전단 응력을 위태롭게 할 수있다인쇄 된 세포 (7)의 생존. 이전과 같은 레사 주린의 fluoresence (7)의 활성화로 생존 분석을 사용하여 인쇄 한 후 bioink의 셀을 선택합니다. bioprinted 줄기 세포가 표면에 접촉하지만 일치하지 않는 경우 또한, 다음 인쇄 중에 전단 응력이 불필요한 분화 경로를 트리거링함으로써 다 능성을 감소 할 수있다. 포스트 인쇄 stemness은 같은 CD 29 10,19,20으로 줄기 세포 마커를 사용하여 형광 활성화 된 셀 정렬 (FACS) 분석에 의해 평가 될 수있다. 이 전단 응력은 세포에 악영향을 갖는 것을 발견된다면, bioink 인쇄 점도가 추가 또는 알긴산 등을 얇게 전단 가진 bioink 중합체로 대체함으로써 감소 될 수 있고, 플루로 닉 F127, 히알루 론산, 젤란 검, 젤라틴 메타 크릴 레이트, 폴리에틸렌 산화물 19, 21-25. 마지막으로 최적화 될 수있는 다른 특징은 프린트 배압, bioink 셀 밀도를 포함노즐 직경. 배압은 bioink의 점도 최적화가 필요하며 이산 깨지지 추적을 얻기 위해 변경 될 수있다. 높은 세포 농도는 bioink 점도를 증가시키고, 상기 프린트 헤드를 방해 할 수있다. 그러나, 이러한 압출 공정은 다른 bioprinting 방법 (26, 27)보다 상대적으로 높은 세포 밀도의 인쇄를 허용 않는다. 잉크 노즐 게이지의 선택은 작은 직경의 노즐은 미세 추적을 생성 할 수 있지만 막히는 경향이되기 때문에 고려되어야한다. 테이퍼 노즐은 동일한 유량 원통형 노즐로하지만 따라서 세포 생존 28 개선 낮은 전단 응력에서 달성 될 수 있기 때문에 더 잘 작동하는 것으로 밝혀졌다. 배압 보조 증착법 인해 최소 프로그래밍 스텝 길이, 예컨대, 잉크젯 및 레이저를 이용한 방법 등의 다른 셀의 인쇄 방법보다 더 적은 해상도를 압출 bioprinting로하고, 상기 확산 EMERGbioink을 보내고. 그러나, 배압 압출 장비는 가장 쉽게 에칭 스타일러스의 포함을 위해 수정된다. PDMS 성형이어서, 포토 리소그래피를 이용한 패터닝과 같은 마이크로 그루브 제조하는 다른 방법은 로봇 에칭보다 훨씬 더 많은 단계를 갖고있어서 새로운 12,15,29-31 기존 패턴을 수정하거나 제조 덜 다재다능하다. 이 방법은 하나 이상의 세포 유형의 위치, 방향 및 배치가 중요 세포 상호 작용의 시험 관내 연구를위한 도구를 제공한다. 여러 유형의 세포를 포함하는 중간 엽 줄기 세포, 섬유 아세포 및 평활근 세포 표면 상에 정렬 홈 1,10,14,18 알려져있다. 여기에 제시된 에칭 패턴, 수정 매우 빠르고 쉽게 재 인쇄 할 수 있습니다. 홈을 가진 표면 패터닝 세포 부착, 형태, 이전의 연구에서 사용 된 세포의 분화 된 줄기 이것은 관심사이다. 또한, 전t는 신경 및 근골격 조직 공학 (18), (32, 33)에 적용되고있다. 그루브는 여러 종류의 세포에 대한 세포 분화 또는 표현형 조절에 중요한 역할을 수행하기 때문에,이 방법은, 홈을 만들 분화를 돕기와 스크린이 수행 될 수 있도록 분리 된 행의 셀을 증착하는데 사용될 수있다. 현재, 우리는 휴대 방향이 심장 조직 12-14,34의 기능에 중요 한, 심근 세포 시트의 생산을위한 세포의 이방성 세포 배열을 촉진하기 위해이 방법을 평가한다. 여기 시연 접근 방식은 결국 사라집니다 가용성 bioink을 사용한다. 더 영구적 하이드로 범위가 요구되는 경우, 다음 미생물 트랜스 글 루타 미나 제의 포함은 링크를 교차하며 셀 (9), UV가 crosslinkin을 시작한 35이. Bioinks도 메타 크릴 레이트 중합체를 이용할 수에 악영향없이 젤라틴 계 것과 단백질 히드로 안정화cytocompatible 방식으로 36 셀 베어링 하이드로 겔의 g. 그러나, 우리의 경험에서 그것이 발견 된 해당 폴리 비교할 때 하이드로 겔 중합체 표면 (보다 용이하게 박리), 및 더 cytocompatible 환경 사이의 향상된 상호 작용을 부여 된 트랜스 글 루타 미나 가교 (에틸렌 글리콜) 디 아크릴 레이트 (PEGDA), 하이드로 겔 (37).

셀 배치의 고의적 인 패턴은 생체 내 세포 조직 1 모방 문화의 형성을 가능하게한다. 사실, 여러 종류의 세포 사이의 상호 작용에 대한 연구는 공간 배치 2,3를 구성하여 도움을받을 수 있습니다. 대부분 패터닝 시스템은 촉진 또는 후속 수동 셀 증착하여 세포 부착을 방지하기위한 표면 개질 방법에 의존한다. Bioprinting 세포 분포 하나 이상의 공간 및 시간 제어를 제공합니다. 이러한 기능 이외에도 bioprinting 기하학적 복합체 지지체 (4)를 생성하기위한 기술적으로 간단 신속하고 비용 효과적인 방법 인 것으로 설명되었다. 그것은 컴퓨터 디자인 소프트웨어를 이용하고, 제조 공정 4에 셀의 도입을 허용한다. Bioprinting 시스템의 기반이 레이저로 자신의 작업 원칙을 기준으로 분류 된, 잉크젯 기반 또는 4 압출 기반. 그것은 실제 시간 프레임 내에서 임상 적 4-6 크기의 조직 구조의 제작을 허용하기 때문에 압출 bioprinting가 가장 유망한 것으로 설명되었다. 이것은 셀 베어링 하이드로 bioink 기계적 또는 배압 이용한 압출 하나에 의해 수행된다. 여기에서 제시된 방법에서는, 배압을 채용 하였다. 언급 한 바와 같이, 세포를 cytocompatible bioink에 전달된다. 이러한 bioink는 유해한 전단 응력을 생성하지 않고 세포의 전달을 지원하고, 붕괴 또는 7-10 ( &quot;잉크 블리드」라 함)의 확산없이 인쇄 된 트레이스의 무결성을 유지하기에 충분한 점성이어야한다. 그들의 접착면과 세포의 상호 작용은 세포 행동에 영향을 미치는 것으로 알려져있다. 표면 토포 그래피는 셀 형상, 방향 (11), 그리고 심지어 표현형을 제어 할 수있다. 특히, 그루브 및 채널의 제조를 유도하는 것으로 입증되었다여러 세포 유형에 뻗어, 가늘고 긴 형태. 이 형태의 도입이 능성과 능성 세포의 표현형에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다. 예를 들어, 홈에 정렬 될 때, 중간 엽 줄기 세포 (MSC)를 통해 합성 10,14-17 수축 표현형을 채택 심근 12,13 및 혈관 평활근 세포쪽으로 분화의 증거를 보여준다. 채널 또는 홈을 정렬 셀은 예를 깊은 반응성 이온 에칭, 전자빔 리소그래피, 직접 레이저 인쇄, 펨토초 레이저, 포토 리소그래피 및 플라즈마 건식 에칭 (18), 다수의 방법을 통하여 폴리머 표면에 생성 될 수있다. 이러한 접근은 종종 시간 소모 복잡한 장치를 필요로 생성 된 패턴의 형상에 한정 될 수있다. 또한, 그들은 bioprinting와 패턴을 동기화하지 않고 즉시 cellularization을 허용하지 않습니다. 자동화의 배위 제어 이동분배 시스템은 솔루션의 증착을 위해 복잡한 패턴을 따를 수 있습니다. 여기서 우리는 마이크로 제어 이동이 셀 방향에 대한 채널을 만드는 데 이용 될 수있는 방법을 보여줍니다. 날카롭게 스타일러스 또는 메스 압출 주사기 대신에 상기 프린트 헤드에 부착되고, 장치는 묘화 소프트웨어의지도하에 중합체 표면을 에칭 할 수있다. 상기 방법은 패턴 디자인에 융통성을 제공하며 일반적으로 폴리스티렌, PTFE, 폴리 카프로 락톤과 같은 생체 공학에 사용되는 고분자 재료에 적용 가능하다. 에칭에 후속 단계로, 세포를 긁어 홈에 직접 bioprinted 수있다. 여기에 사용 된 젤라틴 bioink는 추적을 유지하고 침착 세포가 에칭 기능을 감지 할 수 있도록 모두 할 수 있었다. 에칭 홈에 bioprinted 중간 엽 줄기 세포는 별개의 라인에서 그들을 따라 연장하는 것으로 입증되었다.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="448">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:151px;">Equipment</td>
			<td style="width:131px;"></td>
			<td style="width:104px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:151px;">Robotic Dispensing System</td>
			<td style="width:131px;">Janome</td>
			<td style="width:104px;">2300N</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:151px;">Plasma Machine</td>
			<td style="width:131px;">Femto Science</td>
			<td style="width:104px;">Covance</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:151px;">USB Microscope</td>
			<td style="width:131px;"></td>
			<td style="width:104px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:151px;">Optical Microscope</td>
			<td style="width:131px;">Olympus</td>
			<td style="width:104px;">IX71</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Name</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:151px;">Software</td>
			<td style="width:131px;"></td>
			<td style="width:104px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:151px;">Spreadsheet</td>
			<td style="width:131px;">Excel</td>
			<td style="width:104px;">Excel</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:151px;">Printing Co-ordinate Software</td>
			<td style="width:131px;">Janome</td>
			<td style="width:104px;">JR C-Points</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:151px;">Imaging Software</td>
			<td style="width:131px;">National Institutes of Health (NIH)</td>
			<td style="width:104px;">ImageJ</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Name</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:151px;">Equipment</td>
			<td style="width:131px;"></td>
			<td style="width:104px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:151px;">Stylus (Blade)</td>
			<td style="width:131px;">OLFA</td>
			<td style="width:104px;">AK-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:151px;">5ml printing syringe</td>
			<td style="width:131px;">San-ei Tech</td>
			<td style="width:104px;">SH10LL-B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:151px;">30G printing needle</td>
			<td style="width:131px;">San-ei Tech</td>
			<td style="width:104px;">SH30-0.25-B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:151px;">1mm polystyrene sheets</td>
			<td style="width:131px;"></td>
			<td style="width:104px;">Purchased locally</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:151px;">Fetal bovine serum</td>
			<td style="width:131px;">Invitrogen&#160;</td>
			<td style="width:104px;">10270-098</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:151px;">Phosphate buffered saline</td>
			<td style="width:131px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:104px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="61">
			<td height="61" style="height:61px;width:151px;">Gelatin from porcine skin, Gel strength 300, Type A</td>
			<td style="width:131px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:104px;">9000-70-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:151px;">&#945;MEM</td>
			<td style="width:131px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:104px;">41061-029</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:151px;">Antibiotc antimycotic</td>
			<td style="width:131px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:104px;">A5955-100ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="61">
			<td height="61" style="height:61px;width:151px;">Red Fluorescent Protein Mesenchymal Stem Cells (RFP-MSCs)</td>
			<td style="width:131px;">Cyagen Biosciences Incorporation</td>
			<td style="width:104px;">RASMX-01201</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

automated robotic dispensing technique for surface guidance and bioprinting of cells

이 원고는 자동 로봇 분배 시스템을 이용하여 하이드로 겔 bioink 이러한 기능으로 세포의 직접적인 전달 하였다 셀 가이드 기능의 도입을 설명한다. 이 세포는쪽으로 침전 및 기능을 감지 할 수 있습니다로 특정 bioink가 선정되었다. 분배 시스템은 보조 배압의 프린트 헤드를 사용하여 하이드로 겔 bioinks 생세포를 bioprints. 그러나, 날카롭게 스타일러스 또는 메스 프린트 헤드를 교체하여, 분배 시스템은 또한 표면 식각 지형 신호를 생성하기 위해 사용될 수있다. 스타일러스의 이동은 X, Y 10 μm의 단계 및 Z 방향으로 프로그램 될 수있다. 패터닝 홈은 홈 &#39;방향과 정렬 긴 형태를 채택하도록 영향을, 중간 엽 줄기 세포를 배향 할 수 있었다. 패터닝은 직선, 동심원 및 정현파에 플로팅 소프트웨어를 사용하여 설계 될 수있다. 후속 절차, 석면에모세포 및 중간 엽 줄기 세포는 배압 구동 압출 헤드에 bioprinting 들면 2 % 젤라틴 bioink 현탁시켰다. 셀 베어링 bioink이어서, 에칭에 사용 된 것과 같은 프로그램 된 좌표를 사용하여 인쇄 하였다. bioprinted 셀 감지 에칭 홈의 방향을 따라 그 긴 방향으로 입증 된 바와 같이 에칭 된 기능에 대응할 수 있었다.

대표적인 결과는 배압 보조 로봇 디스펜스 시스템은 표면 에칭 bioink 인쇄 (도 1 A) 모두를 행하는 압출 bioprinter 기초로 사용될 수 있다는 것을 보여준다. 이 중합체 표면에 에칭 된 홈의 생성에 사용될 수 있으며, 후속하는 기능 (도 1 B 및 C)에 직접 베어링 셀 bioink를 인쇄. 에칭 및 인쇄 모두 곡선 응용 프로그램 (그림 3 AC)에 필요한 방사형 패턴, 프로그래밍 된 좌표로 선형의 인쇄를 가능하게하는 인쇄 / 분배 소프트웨어에 (그림 2) 입력을 결정한다. Z 축 설정 에칭 홈 깊이의 조절 (도 4 및 표 1)을 허용. 교체 한 후하이드로 겔 프린트 헤드와 촉침 에칭을 조정하는 프로그래밍 동일한 디자인 (도 3 D 및 E) 다음에 에칭 된 홈에 직접 세포 베어링 bioink을 제공하는 로봇 분배 시스템을 사용하기 위해 재사용 될 수있다. 도 5 A와 B에서 관찰 될 수있는 바와 같이 줄기 세포는 안에 bioink 표면 결국 침전 bioprinting으로 시딩하고, 감지 및 이산 라인 내의 에칭의 방향을 따라 신장. 기능의 방향으로 정렬 bioprinting 않고 배지에서 접종 세포 그러나 그들은 bioink 인쇄 된 트레이스 세포 제약 증명, 전면 (도 5 C)에 덮여있다. 에칭 기능하지 않고, 배양 배지에 접종 세포는 어떤 방향 또는 정렬 (그림 5 D)을 표시하지 않습니다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54604/54604fig1.jpg" /> Figu. (1) 다시 : 자동화 로봇 분배 시스템 (A) 장치는 폴리스티렌 슬라이드 (B) 상에 동심원을 에칭 프린트 헤드의 중심 (주사기 고정) 날카롭게 스타일러스의 포함으로 정의 하였다. 배압 이전에 에칭 된 패턴 (C) 상에 압출하고, 입금 도움으로 프린트 헤드이어서, 셀 베어링 젤라틴 bioink를 압출로 변환 될 수있다. 이 수치는 Bhuthalingam 등의 알에서 수정되었습니다. 2015 10. <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/54604/54604fig2.jpg" /> 그림 2 : 플롯 XY 스프레드 시트 소프트웨어에서 좌표 여기에 표시된 화면 잡아 그래프 플롯에 의해 도시 된 바와 같이 플롯 XY는 정현파 패턴을 만든 좌표 있음을 보여줍니다.. 이 좌표는 복사 / 붙여 넣기를 사용하여 음모를 꾸미고 소프트웨어에 입력했다기능. <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/54604/54604fig3.jpg" /> 도 3. 새기 패턴 범용성 묘화 소프트웨어로 프로그래밍 된 좌표는 직선 (A), 사인 (B) 및 동심원 (C)을 에칭 할 수 있었다. 폴리스티렌 에칭 홈을 직접 다음 공정 (D) 및 (E) 중 하이드로 겔과 bioink에 인쇄 될 수있다. 이 그림은 Bhuthalingam 등. 2015 10에서 수정되었습니다. <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/54604/54604fig4.jpg" /> 도 4 :. 새기 홈 깊이 에칭 된 홈의 깊이는 분배 시스템의 Z 축 제어에 의해 조절 될 수있다. 이미지 (C)에 (A) 오버 헤드보기를 표시하고(E) 내지 (D)의 단면도를 나타낸다. 로봇은 40 깊이 ((A) 및 (D)) (90) ((B) 및 (E)) 및 180 ㎛의 ((C) 및 (F))로 표면을 에칭하도록 프로그래밍되었다. 프로그램 된 깊이와 실제 에칭 깊이의 친밀감을 표 1에 표시됩니다.이 수치는 Bhuthalingam 등. 2015 10에서 수정되었습니다. <img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/54604/54604fig5.jpg" /> 도 5 : Bioink 중간 엽 줄기 세포를 전달 그루브 (A) 및 (B)과의 세 장형의 형태 및 배향에 의해 입증 된 바와 같이 에칭 된 패턴 상 bioink에서 인쇄 RFP-엽 줄기 세포가 온 시드 세포와 비교하여 특징을 감지 할 수있다. (배지에서 즉,) bioink없이 기능 (C &lt;)&gt; / 강한) 및 비 패턴 표면에 (D. 이 그림은 Bhuthalingam 등. 2015 10에서 수정되었습니다. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> 프로그램 된 깊이 (μm의) </td><td> 에칭 홈 깊이 (μm의) </td></tr><tr><td> (40) </td><td> 35 ± 7 </td></tr><tr><td> (90) </td><td> 81 ± 6 </td></tr><tr><td> (180) </td><td> 175 ± 3 </td></tr></tbody></table> 표 1 :.. 폴리스티렌의 실제 식각 깊이에 비해 프로그램의 비교는이 수치는 Bhuthalingam 등 2015 10에서 수정되었습니다.

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Automated Robotic Dispensing Technique for Surface Guidance and Bioprinting of Cells

This protocol describes a bioprinting methodology using an automated robotic depositing system that incorporates etched topographical guidance cues with the precision deposition of a cell bearing hydrogel bioink. The printed cells are directly delivered to the etched features and are able to sense and orientate with them.

세포의 표면지도 및 Bioprinting에 대한 자동화 된 로봇 분배 기법

This manuscript describes the introduction of cell guidance features followed by the direct delivery of cells to these features in a hydrogel bioink using ...

automated-robotic-dispensing-technique-for-surface-guidance

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

6.3K 조회수.  Nanyang Technological University. This protocol describes a bioprinting methodology using an automated robotic depositing system that incorporates etched topographical guidance cues with the precision deposition of a cell bearing hydrogel bioink. The printed cells are directly delivered to the etched features and are able to sense and orientate with them.

비디오: Automated Robotic Dispensing Technique for Surface Guidance and Bioprinting of Cells

Self-reporting Scaffolds for 3-Dimensional Cell Culture

Culturing cells in 3D on appropriate scaffolds is thought to better mimic the in vivo microenvironment and increase cell-cell interactions. The resulting 3D cellular construct can often be more relevant to studying the molecular events and cell-cell interactions than similar experiments studied in 2D. To create effective 3D cultures with high cell viability throughout the scaffold the culture conditions such as oxygen and pH need to be carefully controlled as gradients in analyte concentration can exist throughout the 3D construct. Here we describe the methods of preparing biocompatible pH responsive sol-gel nanosensors and their incorporation into poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) electrospun scaffolds along with their subsequent preparation for the culture of mammalian cells. The pH responsive scaffolds can be used as tools to determine microenvironmental pH within a 3D cellular construct. Furthermore, we detail the delivery of pH responsive nanosensors to the intracellular environment of mammalian cells whose growth was supported by electrospun PLGA scaffolds. The cytoplasmic location of the pH responsive nanosensors can be utilized to monitor intracellular pH (pHi) during ongoing experimentation.

Biocompatible pH responsive sol-gel nanosensors can be incorporated into poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) electrospun scaffolds. The produced self-reporting scaffolds can be used for in&#160;situ monitoring of microenvironmental conditions whilst culturing cells upon the scaffold. This is beneficial as the 3D cellular construct can be monitored in real-time without disturbing the experiment.

3 차원 세포 배양을위한 자기보고 발판

Culturing cells in 3D on appropriate scaffolds is thought to better mimic the in vivo microenvironment and increase cell-cell interactions. The resulting ...

연구

생체공학

Bioprinting Cellularized Constructs Using a Tissue-specific Hydrogel Bioink

Bioprinting has emerged as a versatile biofabrication approach for creating tissue engineered organ constructs. These constructs have potential use as organ replacements for implantation in patients, and also, when created on a smaller size scale as model "organoids" that can be used in in vitro systems for drug and toxicology screening.
Despite development of a wide variety of bioprinting devices, application of bioprinting technology can be limited by the availability of materials that both expedite bioprinting procedures and support cell viability and function by providing tissue-specific cues. Here we describe a versatile hyaluronic acid (HA) and gelatin-based hydrogel system comprised of a multi-crosslinker, 2-stage crosslinking protocol, which can provide tissue specific biochemical signals and mimic the mechanical properties of in vivo tissues. 
Biochemical factors are provided by incorporating tissue-derived extracellular matrix materials, which include potent growth factors. Tissue mechanical properties are controlled combinations of PEG-based crosslinkers with varying molecular weights, geometries (linear or multi-arm), and functional groups to yield extrudable bioinks and final construct shear stiffness values over a wide range (100 Pa to 20 kPa). Using these parameters, hydrogel bioinks were used to bioprint primary liver spheroids in a liver-specific bioink to create in vitro liver constructs with high cell viability and measurable functional albumin and urea output. This methodology provides a general framework that can be adapted for future customization of hydrogels for biofabrication of a wide range of tissue construct types.

We describe a set of protocols that together provide a tissue-mimicking hydrogel bioink with which functional and viable 3-D tissue constructs can be bioprinted for use in in vitro screening applications.

Bioprinting Cellularized는 조직 고유의 하이드로 겔 Bioink를 사용하여 구축

Bioprinting has emerged as a versatile biofabrication approach for creating tissue engineered organ constructs. These constructs have potential use as ...

Robotic Mirror Therapy System for Functional Recovery of Hemiplegic Arms

Mirror therapy has been performed as effective occupational therapy in a clinical setting for functional recovery of a hemiplegic arm after stroke. It is conducted by eliciting an illusion through use of a mirror as if the hemiplegic arm is moving in real-time while moving the healthy arm. It can facilitate brain neuroplasticity through activation of the sensorimotor cortex. However, conventional mirror therapy has a critical limitation in that the hemiplegic arm is not actually moving. Thus, we developed a real-time 2-axis mirror robot system as a simple add-on module for conventional mirror therapy using a closed feedback mechanism, which enables real-time movement of the hemiplegic arm. We used 3 Attitude and Heading Reference System sensors, 2 brushless DC motors for elbow and wrist joints, and exoskeletal frames. In a feasibility study on 6 healthy subjects, robotic mirror therapy was safe and feasible. We further selected tasks useful for activities of daily living training through feedback from rehabilitation doctors. A chronic stroke patient showed improvement in the Fugl-Meyer assessment scale and elbow flexor spasticity after a 2-week application of the mirror robot system. Robotic mirror therapy may enhance proprioceptive input to the sensory cortex, which is considered to be important in neuroplasticity and functional recovery of hemiplegic arms. The mirror robot system presented herein can be easily developed and utilized effectively to advance occupational therapy.

We developed a real-time mirror robot system for functional recovery of hemiplegic arms using automatic control technology, conducted a clinical study on healthy subjects, and determined tasks through feedback from rehabilitation doctors. This simple mirror robot can be applied effectively to occupational therapy in stroke patients with a hemiplegic arm.

반신 불수 팔의 기능 복구를위한 로봇 미러 치료 시스템

Mirror therapy has been performed as effective occupational therapy in a clinical setting for functional recovery of a hemiplegic arm after stroke. It is ...

Automated Robotic Liquid Handling Assembly of Modular DNA Devices

Recent advances in modular DNA assembly techniques have enabled synthetic biologists to test significantly more of the available &#34;design space&#34; represented by &#34;devices&#34; created as combinations of individual genetic components. However, manual assembly of such large numbers of devices is time-intensive, error-prone, and costly. The increasing sophistication and scale of synthetic biology research necessitates an efficient, reproducible way to accommodate large-scale, complex, and high throughput device construction.
Here, a DNA assembly protocol using the Type-IIS restriction endonuclease based Modular Cloning (MoClo) technique is automated on two liquid-handling robotic platforms. Automated liquid-handling robots require careful, often times tedious optimization of pipetting parameters for liquids of different viscosities (e.g. enzymes, DNA, water, buffers), as well as explicit programming to ensure correct aspiration and dispensing of DNA parts and reagents. This makes manual script writing for complex assemblies just as problematic as manual DNA assembly, and necessitates a software tool that can automate script generation. To this end, we have developed a web-based software tool, http://mocloassembly.com, for generating combinatorial DNA device libraries from basic DNA parts uploaded as Genbank files. We provide access to the tool, and an export file from our liquid handler software which includes optimized liquid classes, labware parameters, and deck layout. All DNA parts used are available through Addgene, and their digital maps can be accessed via the Boston University BDC ICE Registry. Together, these elements provide a foundation for other organizations to automate modular cloning experiments and similar protocols.
The automated DNA assembly workflow presented here enables the repeatable, automated, high-throughput production of DNA devices, and reduces the risk of human error arising from repetitive manual pipetting. Sequencing data show the automated DNA assembly reactions generated from this workflow are ~95% correct and require as little as 4% as much hands-on time, compared to manual reaction preparation.

Here, an automated workflow to perform modular DNA &#34;device&#34; assembly using a modular cloning DNA assembly method on liquid-handling robots is presented. The protocol uses an intuitive software tool for generating liquid handler picklists for combinatorial DNA device library generation, which we demonstrate using two liquid handling platforms.

모듈형 DNA 장치 조립 로봇 액체 처리 자동화

Recent advances in modular DNA assembly techniques have enabled synthetic biologists to test significantly more of the available &#34;design space&#34; ...

Microfluidic Bioprinting for Engineering Vascularized Tissues and Organoids

Engineering vascularized tissue constructs and organoids has been historically challenging. Here we describe a novel method based on microfluidic bioprinting to generate a scaffold with multilayer interlacing hydrogel microfibers. To achieve smooth bioprinting, a core-sheath microfluidic printhead containing a composite bioink formulation extruded from the core flow and the crosslinking solution carried by the sheath flow, was designed and fitted onto the bioprinter. By blending gelatin methacryloyl (GelMA) with alginate, a polysaccharide that undergoes instantaneous ionic crosslinking in the presence of select divalent ions, followed by a secondary photocrosslinking of the GelMA component to achieve permanent stabilization, a microfibrous scaffold could be obtained using this bioprinting strategy. Importantly, the endothelial cells encapsulated inside the bioprinted microfibers can form the lumen-like structures resembling the vasculature over the course of culture for 16 days. The endothelialized microfibrous scaffold may be further used as a vascular bed to construct a vascularized tissue through subsequent seeding of the secondary cell type into the interstitial space of the microfibers. Microfluidic bioprinting provides a generalized strategy in convenient engineering of vascularized tissues at high fidelity.

We provide a generalized protocol based on a microfluidic bioprinting strategy for engineering a microfibrous vascular bed, where a secondary cell type could be further seeded into the interstitial space of this microfibrous structure to generate vascularized tissues and organoids.

공학에 대 한 미세 Bioprinting 나가도록 조직 및 Organoids

Engineering vascularized tissue constructs and organoids has been historically challenging. Here we describe a novel method based on microfluidic ...

Bioprinting of Cartilage and Skin Tissue Analogs Utilizing a Novel Passive Mixing Unit Technique for Bioink Precellularization

Bioprinting is a powerful technique for the rapid and reproducible fabrication of constructs for tissue engineering applications. In this study, both cartilage and skin analogs were fabricated after bioink pre-cellularization utilizing a novel passive mixing unit technique. This technique was developed with the aim to simplify the steps involved in the mixing of a cell suspension into a highly viscous bioink. The resolution of filaments deposited through bioprinting necessitates the assurance of uniformity in cell distribution prior to printing to avoid the deposition of regions without cells or retention of large cell clumps that can clog the needle. We demonstrate the ability to rapidly blend a cell suspension with a bioink prior to bioprinting of both cartilage and skin analogs. Both tissue analogs could be cultured for up to 4 weeks. Histological analysis demonstrated both cell viability and deposition of tissue specific extracellular matrix (ECM) markers such as glycosaminoglycans (GAGs) and collagen I respectively.

Cartilage and skin analogs were bioprinted using a nanocellulose-alginate based bioink. The bioinks were cellularized prior to printing via a single step passive mixing unit. The constructs were demonstrated to be uniformly cellularized, have high viability, and exhibit favorable markers of differentiation.

연골과 피부 조직 아날로그 소설 수동 Bioink Precellularization에 대 한 단위 기술 혼합을 이용 하 여 Bioprinting

Bioprinting is a powerful technique for the rapid and reproducible fabrication of constructs for tissue engineering applications. In this study, both ...

Use of High-Throughput Automated Microbioreactor System for Production of Model IgG1 in CHO Cells

Automated microscale bioreactors (15 mL) can be a useful tool for cell culture engineers. They facilitate the simultaneous execution of a wide variety of experimental conditions while minimizing potential process variability. Applications of this approach include: clone screening, temperature and pH shifts,&#160;media and supplement optimization. Furthermore, the small reactor volumes are conducive to large Design of Experiments that investigate a wide range of conditions. This allows upstream processes to be significantly optimized before scale-up where experimentation is more limited in scope due to time and economic constraints. Automated microscale bioreactor systems offer various advantages over traditional small scale cell culture units, such as shake flasks or spinner flasks. However, during pilot scale process development&#160;significant care must be taken to ensure that these advantages are realized. When run with care, the system can enable high level automation, can be programmed to run DOE&#39;s with a higher number of variables&#160;and can reduce sampling time when integrated with a nutrient analyzer or cell counter. Integration of the expert-derived heuristics presented here, with current automated microscale bioreactor experiments can minimize common pitfalls that hinder meaningful results. In the extreme, failure to adhere to the principles laid out here can lead to equipment damage that requires expensive repairs. Furthermore, the microbioreactor systems have small culture volumes&#160;making characterization of cell culture conditions difficult. The number and amount of samples taken in-process in batch mode culture is limited as operating volumes cannot fall below 10 mL. This method will discuss the benefits and drawbacks of microscale bioreactor systems.

A detailed protocol for the concurrent operation of 48 parallel cell cultures under varied conditions in a microbioreactor system is presented. Cell culture process, harvest and subsequent antibody titer analysis are described.

높은 처리량의 사용 모델 IgG1 조 세포에서의 생산을 위한 Microbioreactor 시스템 자동화

Automated microscale bioreactors (15 mL) can be a useful tool for cell culture engineers. They facilitate the simultaneous execution of a wide variety of ...

Manipulation of Single Neural Stem Cells and Neurons in Brain Slices using Robotic Microinjection

A central question in developmental neurobiology is how neural stem and progenitor cells form the brain. To answer this question, one needs to label, manipulate, and follow single cells in the brain tissue with high resolution over time. This task is extremely challenging due to the complexity of tissues in the brain. We have recently developed a robot, that guide a microinjection needle into brain tissue upon utilizing images acquired from a microscope to deliver femtoliter volumes of solution into single cells. The robotic operation increases resulting an overall yield that is an order of magnitude greater than manual microinjection and allows for precise labeling and flexible manipulation of single cells in living tissue. With this, one can microinject hundreds of cells within a single organotypic slice. This article demonstrates the use of the microinjection robot for automated microinjection of neural progenitor cells and neurons in the brain tissue slices. More broadly, it can be used on any epithelial tissue featuring a surface that can be reached by the pipette. Once set up, the microinjection robot can execute 15 or more microinjections per minute. The microinjection robot because of its throughput and versality will make microinjection a broadly straightforward high-performance cell manipulation technique to be used in bioengineering, biotechnology, and biophysics for performing single-cell analyses in organotypic brain slices.

This protocol demonstrates the use of a robotic platform for microinjection into single neural stem cells and neurons in brain slices. This technique is versatile and offers a method of tracking cells in tissue with high spatial resolution.

로봇 미세 주입을 사용하여 뇌 조각의 단일 신경 줄기 세포 및 뉴런 조작

A central question in developmental neurobiology is how neural stem and progenitor cells form the brain. To answer this question, one needs to label, ...

3D Bioprinting of Murine Cortical Astrocytes for Engineering Neural-Like Tissue

Astrocytes are glial cells with an essential role in the central nervous system (CNS), including neuronal support and functionality. These cells also respond to neural injuries and act to protect the tissue from degenerative events. In vitro studies of astrocytes&#39; functionality are important to elucidate the mechanisms involved in such events and contribute to developing therapies to treat neurological disorders. This protocol describes a method to biofabricate a neural-like tissue structure rich in astrocytes by 3D bioprinting astrocytes-laden bioink. An extrusion-based 3D bioprinter was used in this work, and astrocytes were extracted from C57Bl/6 mice pups&#39; brain cortices. The bioink was prepared by mixing cortical astrocytes from up to passage 3 to a biomaterial solution composed of gelatin, gelatin-methacryloyl (GelMA), and fibrinogen, supplemented with laminin, which presented optimal bioprinting conditions. The 3D bioprinting conditions minimized cell stress, contributing to the high viability of the astrocytes during the process, in which 74.08% &#177; 1.33% of cells were viable right after bioprinting. After 1 week of incubation, the viability of astrocytes significantly increased to 83.54% &#177; 3.00%, indicating that the 3D construct represents a suitable microenvironment for cell growth. The biomaterial composition allowed cell attachment and stimulated astrocytic behavior, with cells expressing the specific astrocytes marker glial fibrillary acidic protein (GFAP) and possessing typical astrocytic morphology. This&#160;reproducible protocol provides a valuable method to biofabricate 3D neural-like tissue rich in astrocytes that resembles cells&#39; native microenvironment, useful to researchers that aim to understand astrocytes&#39; functionality and their relation to the mechanisms involved in neurological diseases.

Here we report a method of 3D bioprinting murine cortical astrocytes for biofabricating neural-like tissues to study the functionality of astrocytes in the central nervous system and the mechanisms involving glial cells in neurological diseases and treatments.

신경과 같은 조직을 위한 Murine 피질 성상 세포의 3D 생물 인쇄

Astrocytes are glial cells with an essential role in the central nervous system (CNS), including neuronal support and functionality. These cells also ...

Large-Scale, Automated Production of Adipose-Derived Stem Cell Spheroids for 3D Bioprinting

Adipose-derived stromal/stem cells (ASCs) are a subpopulation of cells found in the stromal vascular fraction of human subcutaneous adipose tissue recognized as a classical source of mesenchymal stromal/stem cells. Many studies have been published with ASCs for scaffold-based tissue engineering approaches, which mainly explored the behavior of these cells after their seeding on bioactive scaffolds. However, scaffold-free approaches are emerging to engineer tissues in vitro and in vivo, mainly by using spheroids, to overcome the limitations of scaffold-based approaches.
Spheroids are 3D microtissues formed by the self-assembly process. They can better mimic the architecture and microenvironment of native tissues, mainly due to the magnification of cell-to-cell and cell-to-extracellular matrix interactions. Recently, spheroids are mainly being explored as disease models, drug screening studies, and building blocks for 3D bioprinting. However, for 3D bioprinting approaches, numerous spheroids, homogeneous in size and shape, are necessary to biofabricate complex tissue and organ models. In addition, when spheroids are produced automatically, there is little chance for microbiological contamination, increasing the reproducibility of the method.
The large-scale production of spheroids is considered the first mandatory step for developing a biofabrication line, which continues in the 3D bioprinting process and finishes in the full maturation of the tissue construct in bioreactors. However, the number of studies that explored the large-scale ASC spheroid production are still scarce, together with the number of studies that used ASC spheroids as building blocks for 3D bioprinting. Therefore, this article aims to show the large-scale production of ASC spheroids using a non-adhesive micromolded hydrogel technique spreading ASC spheroids as building blocks for 3D bioprinting approaches.

Here, we describe the large-scale production of adipose-derived stromal/stem cell (ASC) spheroids using an automated pipetting system to seed the cell suspension, thus ensuring homogeneity of spheroid size and shape. These ASC spheroids can be used as building blocks for 3D bioprinting approaches.