Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • Representative Results
  • Discussion
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

אנו מציגים פרוטוקול לייצור תפוקה גבוהה של תעלות כלי דם עם גדלים גמישים ודפוסים רצויים על לוח סטנדרטי של שש בארות באמצעות טכנולוגיית הדפסה ביולוגית תלת-ממדית, המכונה כלי על צלחת (VOP). לפלטפורמה זו יש פוטנציאל לקדם את הפיתוח של טיפולים להפרעות הקשורות לאנדותל בסיכון.

Abstract

חדירות כלי דם היא גורם מפתח בפיתוח טיפולים להפרעות הקשורות לאנדותל פגוע, כגון תפקוד לקוי של האנדותל בעורקים הכליליים ותפקוד לקוי של מחסום הדם-מוח. טכניקות הייצור הקיימות אינן משכפלות כראוי את השונות הגיאומטרית ברשתות כלי הדם בגוף האדם, המשפיעה באופן משמעותי על התקדמות המחלה; יתר על כן, טכניקות אלה כוללות לעתים קרובות הליכי ייצור רב-שלביים המעכבים את הייצור בתפוקה גבוהה הדרושה לבדיקות פרמקולוגיות. מאמר זה מציג פרוטוקול הדפסה ביולוגית ליצירת רקמות כלי דם מרובות עם דפוסים וגדלים רצויים ישירות על לוחות סטנדרטיים של שש בארות, תוך התגברות על אתגרי הרזולוציה והפרודוקטיביות הקיימים בטכנולוגיית הדפסה ביולוגית. גישת ייצור פשוטה הוקמה כדי לבנות שש תעלות חלולות וניתנות לבודר בתוך הידרוג'ל, אשר לאחר מכן רופדו בתאי אנדותל של ורידים טבוריים אנושיים ליצירת אנדותל פונקציונלי ובשל. האופי הנשלט על ידי מחשב של הדפסה ביולוגית בתלת-ממד מבטיח יכולת שחזור גבוהה ודורש פחות שלבי ייצור ידניים בהשוואה לשיטות מסורתיות. זה מדגיש את הפוטנציאל של VOP כפלטפורמה יעילה בעלת תפוקה גבוהה למידול חדירות כלי דם וקידום גילוי תרופות.

Introduction

רשת כלי הדם בכל גוף האדם מתפקדת כמחסום תחבורה חיוני על ידי ויסות דינמי של חילופי מולקולות ותאים בין הדם והרקמות הסובבות. ויסות זה חיוני למניעת בצקת רקמות ומאפשר חילופי חומרים מזינים ותאים סלקטיביים, ובכך תומך בחילוף חומרים ברקמה והומאוסטזיס1. חדירות אנדותל משתנה, גורם במצבים בריאותיים רבים, משפיעה הן על חומרת המחלה והן על יעילות הטיפול2. אנדותל כלי הדם פועל כמחסום סלקטיבי, המאפשר את המעבר בין כלי דם, רקמות ואיברים. ויסות זה כרוך במספר מנגנונים, כגון סינון בסיסי של מומסים ומולקולות קטנות, שיבוש מכוון של מחסום כלי הדם, והשפעת מולקולות כגון פרוסטגלנדינים וגורמי גדילה על רמות חדירות

Protocol

1. יצירת קוד G עבור המדפסת הביולוגית

  1. כדי ליצור ולהציג באופן חזותי את נתיב ההדפסה, בקר בכלי סימולציה מקוון של G-code (לדוגמה, NCviewer).
  2. לחץ על קובץ חדש סמל בממשק כדי ליצור קובץ G-code חדש.
  3. צור נתיב הדפסה על-ידי כתיבה ידנית של פקודות G-code עבור ערוץ ההקר?.......

Representative Results

פלטפורמת VOP, הכוללת גמישות בגודל ובתבנית, יוצרה באמצעות מערכת הדפסה ביולוגית מרובת ראשים. תעלות, חלולות ומסוגלות זילוח, נזרעו עם HUVECs כדי להקל על אנדותליאליזציה, ולאחר מכן הוערכו באמצעות בדיקת חדירות (איור 1A). כדי להדגים את יכולת הייצור הרב-ממדית של שיטה זו,.......

Discussion

תוך ניצול הדיוק, האוטומציה והאופי הנשלט על ידי מחשב של טכנולוגיית הדפסה ביולוגית תלת-ממדית, ביססנו שיטה יעילה לייצור תעלות כלי דם בלוחות סטנדרטיים בעלי שש בארות, שנבחרו בשל התאמתם לקוראי מיקרו-לוחות מסחריים ולמערכי הדמיה במיקרוסקופ. עיצוב הלוח יכול להכיל ערוצים מרובי ג?.......

Acknowledgements

עבודה זו נתמכה על ידי מענקי קרן המחקר הלאומית של קוריאה (NRF) במימון ממשלת קוריאה (משרד המדע והתקשוב, MSIT) [No. NRF-2019R1C1C1009606; מס' 2020R1A5A8018367; ולא. RS-2024-00423107]. מחקר זה נתמך על ידי התוכנית לפיתוח ביו וטכנולוגיה רפואית של מענקי NRF במימון MSIT [No. NRF-2022M3A9E4017151 ולא. NRF-2022M3A9E4082654]. עבודה זו נתמכה על ידי התוכנית לחדשנות טכנולוגית [מס' 20015148] ופרויקט האלכימאי [מס' 20012378] במימון משרד המסחר, התעשייה והאנרגיה (MOTIE, קוריאה). עבודה זו נתמכה גם על ידי המכון הקוריאני לתכנון והערכה לטכנולוגיה במזון, חקלאות וייעור (IPET) באמצעות התוכנית לטכנולוגיות חקלאות והתכנסות מזון לפיתוח כוח אדם מחקרי, במימון משרד ה....

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
10 mL Serological PipetteSPLSPL 91010
10 mL syringe Shinchang Medical
15 mL conical tubeSPL50015
3D Bioprinter T&R Biofab3DX-Printer
6-well plate SPL37206
Biological Safety CabinetsCHC LABPCHC-777A2-04, 
Brightfield Inverted MicroscopesLeicaDMi1
Cell Counting Kit (CCK8)GlpBioGK10001
Cell Counting Kit (CCK8)GlpBioGK10001
Cell Culture Flask 75TSPL70075
Corning Matrigel Growth Factor Reduced (GFR) Basement Membrane Matrix, LDEV-free, 10 mLCorning354230
Distilled water
DMEM/F12Gibco11320033
DMSO, Cell Culture GradeSigma aldrichD2438
Dow-Corning, PDMS-Sylgard 184a KitDOWDC-184
DOWSIL SE 1700 Clear W/C 1.1 KG Kit DOW2924404
D-PBS - 1xWelgeneLB001-01
Endothelial Cell Growth Medium MV 2 (Ready to use)PromocellC-22022
Eppendorf Micro pipette(1000,200,100,20,10)eppendorf
Ethyl Alcohol 99.9%DuksanD5
ExcelMicrosoft
Fibrinogen from bovine plasmaSigma AldrichF8630-1G
FITC Dextran 70 kDaSigma Aldrich46945-100MG-F
Fluorescent beads (1.0 μm, green)Sigma AldrichL1030-1ML
GelMA-powder (Gelatin methacrylate) 50 g3D Materials 20JT29
Gibco, Recovery Cell Culture Freezing Medium, 50 mLGibco
HUVECs (Human Umbillical Vein Endothelial Cells)Promocell
ImageJ softwareNIH
IncubatorThermo SCIENTIFICForma STERI-CYCLE i160 CO2 Incubator
Invitrogen, Live/dead viability/cytotoxicity Kit (for mammalian cells)Thermo FisherL3224
Lithium Phenyl (2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphate powder Tokoyo Chemical Industry CO.85073-19-4 
Marienfeld Superior, Counting chamber coverMarienfeld Superior
Marienfeld Superior, Hemocytometer, cell counting chamberMarienfeld SuperiorHSU-0650030
MicrocentrifugeeppendorfCentrifuge 5920 R
NCViewer.com
Nitrogen tankWORTHINGTON INDUSTRIESLS750
Omnicure UV LaserEXCELITASSERIES 1500
Parafilm MamcorPM-996
Penicillin-Streptomycin Solution (100x)GenDEPOTCA005-010
Planetary MixerTHINKY CORPORATION, japanARE-310
Plasma treatment machineFEMTO SCIENCECUTE-1MPR
Pluronic F-127Sigma aldrichP2443-250G
Pre-made buffer, (P2007-1) 10x PBSBiosesangPR4007-100-00
Reagent storage cabinetZIO FILTER TECHSC2-30F-1306D1-BC
Real time Live cell Imaging MicroscopeCarl ZEISS
RefrigeratorSAMSUNGRT50K6035SL
ROCKER 2D digitalIKA4003000
Scoop-SpatulaCacheBySL-SCO7001-EA
sigma,Trypsin-EDTA solition, 0.25%Sigma aldrichT4049-100ML
Sodium Dodecyl Sulfate (SDS)Thermo Fisher scientific151-21-3
Syringe Barrel Tip CapFISNAR3051806
Tally counterControl Company C23-147-050
Tapered Nozzle (18 G)MushashiTPND-18G-U
Tapered Nozzle (22 G)MushashiTPND-22G-U
Tapered nozzle 20 GMusashiTPND-20G-U
Thrombin from bovine plasmaSigma AldrichT7326-1KU
Timer, 4-channelETLSL.Tim3005
Trypan Blue Solution 0.4%Gibco15250061
Trypsin Neutralizing SolutionPromocellC-41120
UG 24 mL UG ointment jarYamayuNo. 3-53
UG 58 mL UG ointment jarYamayuNo. 3-55
Water BathDAIHAN ScientificWB-11
Weight machineSartoriusbce2241-1skr

References

  1. O'Connor, C., Brady, E., Zheng, Y., Moore, E., Stevens, K. R. Engineering the multiscale complexity of vascular networks. Nat Rev Mater. 7 (9), 702-716 (2022).
  2. Claesson-Welsh, L., Dejana, E., McDonald, D. M. Per....

Explore More Articles

210

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved