Встраиваемая биопечать тканеподобных структур с использованием субмикрогелевого носителя κ-каррагинана

Резюме

В этом исследовании представлена новая субмикрогелевая суспензионная ванна с κ-каррагинаном, обладающая замечательными обратимыми переходными свойствами заклинивания-расклинивания. Эти атрибуты способствуют созданию биомиметических тканей и органов при встроенной 3D-биопечати. Успешная печать тканей сердца/пищевода с высоким разрешением и ростом клеток демонстрирует высокое качество биопечати и приложений тканевой инженерии.

Аннотация

Встроенная трехмерная (3D) биопечать с использованием гранулированной гидрогелевой поддерживающей ванны стала критически важным методом для создания биомиметических каркасов. Тем не менее, разработка подходящей гелевой суспензионной среды, которая уравновешивает точное осаждение биочернил с жизнеспособностью и функциональностью клеток, сопряжена с множеством проблем, особенно при достижении желаемых вязкоупругих свойств. Здесь новая ванна с поддержкой геля κ-каррагинана изготавливается с помощью простого в эксплуатации процесса механического измельчения, в результате чего образуются однородные субмикроразмерные частицы. Эти субмикрогели демонстрируют типичное для Бингема текучесть с малым пределом текучести и свойствами быстрого истончения при сдвиге, что способствует плавному осаждению биочернил. Кроме того, обратимый переход гель-соль и способность к самовосстановлению микрогелевой сети κ-каррагинана обеспечивают структурную целостность напечатанных конструкций, позволяя создавать сложные, многослойные тканевые структуры с определенными архитектурными особенностями. После печати субмикрогели κ-каррагинана могут быть легко удалены с помощью простой промывки с буферизацией фосфатами и солевым раствором. Дальнейшая биопечать с использованием биочернил, насыщенных клетками, демонстрирует, что клетки в биомиметических конструкциях обладают высокой жизнеспособностью в 92% и быстро удлиняют псевдоподии, а также поддерживают надежную пролиферацию, что указывает на потенциал этой стратегии биопечати для производства тканей и органов. Таким образом, эта новая субмикрогелевая среда κ-каррагинана представляет собой многообещающее направление для встраиваемой биопечати исключительного качества, имеющей глубокие последствия для разработки in vitro инженерных тканей и органов.

Введение

Тканевые инженерные каркасы, включая электропрядущие волокна, пористые губки и полимерные гидрогели, играют ключевую роль в восстановлении и реконструкции поврежденных тканей и органов, обеспечивая структурную основу, поддерживающую рост клеток, регенерацию тканей и восстановление функции органов ^1,2,3. Тем не менее, традиционные каркасы сталкиваются с проблемами точного воспроизведения нативных тканевых структур, что приводит к несоответствию между искусственными и естественными тканями. Это ограничение препятствует эффективному заживлению дефектных тканей, подчеркивая насто....

протокол

1. Приготовление субмикрогелевой суспензионной ванны с κ-каррагинаном

1. Приготовьте 500 мл ванны с суспензией κ-каррагинана (0,35% масс./об.) путем добавления 1,75 г порошка κ-каррагинана в 500 мл раствора фосфатно-солевого буфера (PBS, pH 7,4) в стеклянном флаконе объемом 1000 мл.
2. Вставьте в стеклянную бутылку магнитную мешалку диаметром 70 мм, чтобы перемешать водную смесь. Затяните стеклянную крышку бутылки, а затем ослабьте ее на полоборота.
3. Поместите стеклянную бутылку на водяную баню при температуре 70 °C и нагрейте ее. Включите магнитную мешалку со скоростью 300 оборотов в минуту, поставьте....

Результаты

Гранулированная ванна с κ-каррагинановым гелем была получена путем механического дробления объемных гидрогелей в твердую гелевую суспензию. Самое последнее исследование показало, что частицы κ-каррагинана имеют средний диаметр около 642 ± 65 нм с однородной морфологией при 1000 об/м?.......

Обсуждение

Приготовление субмикрогелевых суспензионных ванн κ-каррагинана для использования в биопечати представляет собой тщательно организованный процесс, который включает в себя несколько критически важных этапов, чтобы убедиться, что полученная среда проявляет желаемые сво?.......

Материалы

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