Bioimpressão Incorporada de Estruturas Semelhantes a Tecidos Usando Meio Submicrogel κ-Carragenana

Resumo

Este estudo apresenta um novo banho de suspensão de submicrogel de κ-carragenina, exibindo notáveis propriedades reversíveis de transição de interferência-desobstrução. Esses atributos contribuem para a construção de tecidos e órgãos biomiméticos em bioimpressão 3D embarcada. A impressão bem-sucedida de tecidos semelhantes ao coração/esôfago com alta resolução e crescimento celular demonstra aplicações de bioimpressão e engenharia de tecidos de alta qualidade.

Resumo

A bioimpressão tridimensional (3D) incorporada utilizando um banho de suporte de hidrogel granular surgiu como uma técnica crítica para a criação de andaimes biomiméticos. No entanto, a engenharia de um meio de suspensão de gel adequado que equilibre a deposição precisa de bioink com a viabilidade e função celular apresenta vários desafios, particularmente na obtenção das propriedades viscoelásticas desejadas. Aqui, um novo banho de suporte de gel de κ-carragenina é fabricado por meio de um processo de moagem mecânica fácil de operar, produzindo partículas homogêneas em submicroescala. Esses submicrogéis exibem comportamento típico de fluxo de Bingham com pequena tensão de escoamento e propriedades de afinamento rápido por cisalhamento, que facilitam a deposição suave de bioinks. Além disso, a transição gel-sol reversível e as capacidades de autocura da rede de microgel κ-carragenina garantem a integridade estrutural das construções impressas, permitindo a criação de estruturas de tecido complexas e multicamadas com características arquitetônicas definidas. Após a impressão, os submicrogéis de κ-carragenina podem ser facilmente removidos por uma simples lavagem salina tamponada com fosfato. A bioimpressão adicional com biotintas carregadas de células demonstra que as células dentro das construções biomiméticas têm uma alta viabilidade de 92% e estendem rapidamente os pseudópodes, além de manter uma proliferação robusta, indicando o potencial dessa estratégia de bioimpressão para a fabricação de tecidos e órgãos. Em resumo, este novo meio submicrogel de κ-carragenina surge como um caminho promissor para a bioimpressão incorporada de qualidade excepcional, com profundas implicações para o desenvolvimento in vitro de tecidos e órgãos projetados.

Introdução

Os andaimes de engenharia de tecidos, incluindo fibras eletrofiadas, esponjas porosas e hidrogéis poliméricos, desempenham um papel fundamental no reparo e reconstrução de tecidos e órgãos danificados, fornecendo uma estrutura estrutural que apoia o crescimento celular, a regeneração de tecidos e a restauração da função do órgão ^1,2,3. No entanto, os andaimes tradicionais encontram desafios na replicação precisa das estruturas de tecidos nativos, levando a uma incompatibilidade entre os tecidos projetados e naturais. Essa limitação dificulta a cicatrização eficiente de tecido....

Protocolo

1. Preparação do banho de suspensão de submicrogel κ-carragenina

1. Prepare 500 mL de banho de suspensão de κ-carragenina (0,35% em peso / vol) adicionando 1,75 g de pó de κ-carragenina em 500 mL de solução salina tamponada com fosfato (PBS, pH 7,4) dentro de um frasco de vidro de 1.000 mL.
2. Introduzir uma barra de agitação magnética de 70 mm no frasco de vidro para agitar a mistura aquosa. Aperte a tampa da garrafa de vidro e afrouxe-a meia volta.
3. Coloque a garrafa de vidro em banho-maria a 70 °C e aqueça-a. Ligue o agitador magnético a uma velocidade de 300 rpm, coloque o frasco e mexa até que o p....

Discussão

A preparação de banhos de suspensão de submicrogel de κ-carragenina para uso em bioimpressão é um processo cuidadosamente orquestrado que envolve várias etapas críticas para garantir que o meio resultante exiba as propriedades desejadas para suportar biotintas. Inicialmente, uma solução de κ-carragenina é preparada dissolvendo o pó de κ-carragenina em água deionizada a temperaturas elevadas, criando uma mistura homogênea. A conc.......

Materiais

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