JoVE Logo
АВТОРЫ
СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

Войдите в систему

Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.

В этой статье

  • Резюме
  • Аннотация
  • Введение
  • протокол
  • Результаты
  • Обсуждение
  • Раскрытие информации
  • Благодарности
  • Материалы
  • Ссылки
  • Перепечатки и разрешения

Резюме

Методы, описанные в этой статье показано, как преобразовать коммерческую струйный принтер в bioprinter с одновременным УФ полимеризации. Принтер способен построения 3D структуру ткани с клетками и биоматериалов. Исследование показало, здесь построили 3D neocartilage.

Аннотация

Bioprinting, который основан на тепловой струйной печати, является одним из самых привлекательных перспективных технологий в области тканевой инженерии и регенеративной медицины. С цифровым управлением клетки, леса, и факторы роста могут быть точно зачислена на нужную двумерной (2D) и трехмерных (3D) места быстро. Таким образом, эта технология является идеальным подходом для изготовления тканей, имитирующие родные анатомические структуры. Для того, чтобы инженер хряща с родной зональной организации, внеклеточной состава матрицы (ECM), и механические свойства, мы разработали Bioprinting платформу с помощью коммерческого струйный принтер с одновременным фотополимеризации, способной для 3D хряща тканевой инженерии. Человека хондроциты взвешенные в поли (этиленгликоль) диакрилата (PEGDA) были напечатаны для 3D neocartilage строительства через слой за слоем сборки. Печатные клетки фиксировали в своих первоначальных осажденных позиций, при поддержке суррогатныхUnding эшафот в одновременном фотополимеризации. Механические свойства печатной ткани были похожи на родном хряща. По сравнению с обычным изготовления ткани, которая требует более длительного воздействия УФ, жизнеспособность клеток печатных с одновременным фотополимеризации была значительно выше. Отпечатано neocartilage продемонстрировал отличную гликозаминогликан (GAG) и коллаген типа II производства, что согласуется с экспрессии генов. Таким образом, эта платформа идеально подходит для точного распределения клеток и расположения для анатомического тканевой инженерии.

Введение

Bioprinting на основе термальной струйной печати является одним из наиболее перспективных перспективных технологий в области тканевой инженерии и регенеративной медицины. С цифровым управлением и высокой пропускной печатающих головок факторы клетки, строительные леса, и роста может быть точно зачислена на нужную двумерной (2D) и трехмерных (3D) позиции быстро. Многие успешные приложения были достигнуты с помощью этой технологии в тканевой инженерии и регенеративной медицины 1-9. В данной работе, Bioprinting платформа была создана с измененным Hewlett-Packard (HP) Deskjet 500 тепловой струйный принтер и системой синхронного фотополимеризации. Синтетические гидрогели, сформулированные из поли (этиленгликоль) (ПЭГ), показали способность поддерживать жизнеспособность хондроцитов и способствовать хондрогенный производство ECM 10,11. Кроме того, photocrosslinkable ПЭГ хорошо растворим в воде с низкой вязкостью, что делает его идеальным для одновременного polymerization в режиме 3D Bioprinting. В данной работе человека хондроциты взвешенные в поли (этилен) гликоля диакрилата (PEGDA; МВт 3400) были точно напечатаны построить neocartilage слой за слоем с 1400 точек на дюйм в 3D разрешении. Наблюдалось равномерное распределение депонированных клеток в 3D-строительных лесов, который генерируется хрящевую ткань с превосходными механическими свойствами и повышенной продукции ECM. В противоположность этому, в ручном производстве клетки, накопленные в нижней части геля вместо их первоначально осажденных позиций из-за медленной полимеризации лесов, что привело к образованию неоднородной хряща после культивирования 2,3.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

протокол

1. Bioprinting Платформа Создание

Модификация принтер был основан на HP Deskjet 500 термического струйного принтера HP 51626A и черного чернильного картриджа.

  1. Снимите верхнюю пластиковую крышку принтера и аккуратно отсоединить панель управления с крышки.
  2. Снимите кабельные соединения 3 между верхней части принтера и базы. Снимите верхнюю часть принтера от основания.
  3. На верхнем принтер части, снимите небольшую пластмассовой и резиновой принадлежности (система очистки печатающей головки) на правой стороне под картриджа.
  4. Удалить базу лоток для бумаги пружин.
  5. Снимите металлическую пластину, закрывающую пластиковую планку подачи бумаги.
  6. Отрежьте пластмассовую планку подачи бумаги на позиции среднего кормление колеса с помощью ручной пилой или другой режущий инструмент.
  7. Снимите с подачей бумаги колеса 2 открытые после предыдущего шага. Колесо пластик очень жесткий и электронныйпила будет полезно.
  8. Очистите пыль и мусор с помощью сжатым воздухом и этанола салфетки.
  9. Прикрепите верхнюю часть принтера к основанию.
  10. УФ стерилизации модифицированный принтер для по крайней мере 2 часов в ламинаре перед использованием.
  11. Отрежьте колпачок 51626A чернильного картриджа HP, используя пилу руками или другими режущий инструмент.
  12. Слейте чернила и снимите фильтр, который охватывает нижнюю резервуар также хряща.
  13. Промыть картридж тщательно с использованием проточной водопроводной водой.
  14. Ultrasonicate картридж в деионизированной (DI) воде в течение 10 мин для удаления остатков чернил.
  15. Осмотрите картридж, чтобы убедиться, все чернила были удалены. Промыть или распылить тщательно картридж с 70% этанола для стерилизации, а затем стерилизуют дистиллированной воды.
  16. Настройка длинноволновую ультрафиолетовую лампу над печатной платформы, чтобы обеспечить одновременную емкость фотополимеризации.
  17. Измерение интенсивности УФ на печатной платформы с помощью УФ-светаметр. Отрегулируйте расстояние между УФ-лампы и платформы для принтера, так интенсивность на объект печати составляет от 4-8 мВт / см 2 (приблизительно 25 см от лампы на платформу принтера).

2. Bioink Подготовка

  1. Расширение монослоя хондроцитов
    1. Пластинчатые 5000000 человека хондроциты в каждой тканевой культуральной колбы T175 для расширения клеток в Dulbeccos изменения орлов среду Игла (DMEM) с добавлением 10% сыворотки теленка и 1x пенициллина-стрептомицина-глутамина (PSG). Культура клеток при 37 ° С с увлажненным воздухом, содержащей 5% СО 2. Изменение культуральной среды каждые 3 дня до тех пор, пока колбу на 85% слияния. Использование клеток из того же прохода.
  2. Растворить PEGDA в PBS до конечной концентрации 10% вес / об Добавить фотоинициатор I-2959 в конечной концентрации 0,05% мас / об Фильтр стерилизовать решение.
  3. Приостановить культивированных человеческих хондроцитов в приготовленный раствор PEGDA на 5 х 10 6 клеток /мл.

3. Хрящевой ткани Печать

  1. Включите принтер и ноутбук.
  2. Создать печати образец твердой окружности с диаметром 4 мм с использованием Microsoft Word или Adobe Photoshop.
    1. Отрегулируйте положение рисунка и убедитесь, что он будет печатать точно в пластиковых форм.
    2. Рассчитать количество отпечатков, необходимых для достижения требуемой толщины эшафот. За 4 мм в высоту, 220 отпечатков требуются для создания нужного эшафот.
  3. Загрузите bioink в картридже. Накройте картридж с алюминиевой фольгой для защиты от прямого воздействия УФ во время печати.
  4. Отправить команду печати на принтер. Потяните датчик бумаги, когда принтер начинает печатать. Весь процесс печати занимает менее 4 минут для эшафот с 4 мм в диаметре и 4 мм в высоту.
  5. Передача напечатаны neocartilage в 24-луночный планшет и добавляют 1,5 мл культуральной среды в каждую лунку.

4. Жизнеспособность клеток Оценка в 3D строительные леса

  1. Выдержите печатную neocartilage в Live / DEAD Жизнеспособность / цитотоксичности рабочего раствора при комнатной температуре в течение 15 мин в темноте.
  2. Разрежьте гидрогель клеток-Ладена в половине и принять флуоресцентные изображения лесосеке.
  3. Всего в прямом эфире (зеленый) и мертвые (красный) клетки вслепую наблюдателя в пяти случайно взятых изображений. Рассчитать жизнеспособность клеток путем деления количества живых клеток с помощью общего числа живых и мертвых клеток.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Результаты

Модифицированный тепловой струйный принтер способен на клетки и осаждения лесов в высокой пропускной способности и превосходной жизнеспособности клеток. Объединение с одновременным фотополимеризации и фоточувствительных биоматериалов, эта технология способна зафиксировать клетк...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Обсуждение

Эта 3D-система Bioprinting с одновременным мощностью фотополимеризации обеспечивает значительно более высокое разрешение печати, чем лучший сообщалось ранее метода в месте печати костно-хрящевых дефектов с помощью шприца выдавливается сотовый альгинат гидрогель 16. Более высоко...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Раскрытие информации

Авторы не имеют финансовой заинтересованности в данном исследовании.

Благодарности

Авторы хотели бы выразить признательность за поддержку со стороны Нью-Йорк столичный регион Исследование Альянс Гранта.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Материалы

NameCompanyCatalog NumberComments
HP Deskjet 500 thermal inkjet printerHewlett-PackardC2106aDiscontinued. Purchased refurbished from internet vendor.
HP black ink cartridgeHewlett-Packard51626a
Ultraviolet lampUVPB-100AP
UV light meterGeneral ToolsUV513AB
Zeiss LSM 510 laser scanning microscopeCarl ZeissLSM 510
Dulbeccos Modified Eagles Medium (DMEM)Mediatech10-013
Penicillin-streptomycin-glutamine (PSG)Invitrogen10378-016
Accutase cell dissociation reagentInvitrogenA11105-01
Phosphate buffered saline (PBS)Invitrogen10010-023
Live/Dead viability/cytotoxicity KitInvitrogenL-3224
Poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA)Glycosan BiosystemsGS700
Irgacure 2959Ciba Specialty ChemicalsI-2959
Human articular chondrocytesLonzaCC-2550

Ссылки

  1. Cui, X., Boland, T. Human microvasculature fabrication using thermal inkjet printing technology. Biomaterials. 30, 6221-6227 (2009).
  2. Cui, X., Breitenkamp, K., Finn, M. G., Lotz, M., D'Lima, D. D. Direct human cartilage repair using three-dimensional bioprinting technology. Tissue Eng Part A. 18, 1304-1312 (2012).
  3. Cui, X., Breitenkamp, K., Lotz, M., D'Lima, D. Synergistic action of fibroblast growth factor-2 and transforming growth factor-beta1 enhances bioprinted human neocartilage formation. Biotechnol. Bioeng. 109, 2357-2368 (2012).
  4. Cui, X., Breitenkamp, K., Finn, M. G., Lotz, M., Colwell, C. W. Direct human cartilage repair using thermal inkjet printing technology. Osteoarthritis and Cartilage. 19, (2011).
  5. Cui, X., Boland, T. Simultaneous deposition of human microvascular endothelial cells and biomaterials for human microvasculature fabrication using inkjet printing. NIP24/digital Fabrication 2008: 24th International Conference on Digital Printing Technologies, Technical Program and Proceedings. 24, 480-483 (2008).
  6. Cui, X., Dean, D., Ruggeri, Z. M., Boland, T. Cell damage evaluation of thermal inkjet printed Chinese hamster ovary cells. Biotechnol. Bioeng. 106, 963-969 (2010).
  7. Cui, X., Hasegawa, A., Lotz, M., D'Lima, D. Structured three-dimensional co-culture of mesenchymal stem cells with meniscus cells promotes meniscal phenotype without hypertrophy. Biotechnol. Bioeng. 109, 2369-2380 (2012).
  8. Cui, X., Gao, G., Qiu, Y. Accelerated myotube formation using bioprinting technology for biosensor applications. Biotechnol. Lett. 35, 315-321 (2013).
  9. Cui, X., Boland, T., D'Lima, D. D., Lotz, M. K. Thermal inkjet printing in tissue engineering and regenerative medicine. Recent Pat Drug Deliv Formul. 6, 149-155 (2012).
  10. Bryant, S. J., Anseth, K. S. Hydrogel properties influence ECM production by chondrocytes photoencapsulated in poly(ethylene glycol) hydrogels. Journal of Biomedical Materials Research. 59, 63-72 (2002).
  11. Elisseeff, J., et al. Photoencapsulation of chondrocytes in poly(ethylene oxide)-based semi-interpenetrating networks. Journal of Biomedical Materials Research. 51, 164-171 (2000).
  12. Buskirk, W. A., et al. Development of A High-Resolution Thermal Inkjet Printhead. Hewlett-Packard Journal. 39, 55-61 (1988).
  13. Harmon, J. P., Widder, J. A. Integrating the Printhead Into the HP Deskjet Printer. Hewlett-Packard Journal. 39, 62-66 (1988).
  14. Kim, T. K., et al. Experimental model for cartilage tissue engineering to regenerate the zonal organization of articular cartilage. Osteoarthritis and Cartilage. 11, 653-664 (2003).
  15. Sharma, B., et al. Designing zonal organization into tissue-engineered cartilage. Tissue Engineering. 13, 405-414 (2007).
  16. Cohen, D. L., Lipton, J. I., Bonassar, L. J., Lipson, H. Additive manufacturing for in situ repair of osteochondral defects. Biofabrication. 2, (2010).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи

Запросить разрешение

Смотреть дополнительные статьи

88

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

РЕКОМЕНДОВАТЬ БИБЛИОТЕКЕ

НОВОСТИ JoVE

Исследования

Образование

АВТОРЫ

Библиотекарь

О JoVE

Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены