הדפסה ביולוגית משובצת של מבנים דמויי רקמות באמצעות מדיום תת-מיקרוג'ל κ-Carrageenan

Summary

מחקר זה מציג אמבט תרחיף תת-מיקרוג'ל κ-carrageenan חדשני, המציג תכונות מעבר הפיכות מדהימות של שיבוש וביטול חסימה. תכונות אלה תורמות לבניית רקמות ואיברים ביומימטיים בהדפסה ביולוגית תלת-ממדית משובצת. ההדפסה המוצלחת של רקמות דמויות לב/ושט עם רזולוציה גבוהה וצמיחת תאים מדגימה יישומים באיכות גבוהה של הדפסה ביולוגית והנדסת רקמות.

Abstract

הדפסה ביולוגית תלת-ממדית (תלת-ממדית) משובצת באמצעות אמבט תומך הידרוג'ל גרעיני התפתחה כטכניקה קריטית ליצירת פיגומים ביומימטיים. עם זאת, הנדסה של מדיום מתלה ג'ל מתאים המאזן בין שקיעת ביו-דיו מדויקת לבין כדאיות התא ותפקודו מציבה אתגרים רבים, במיוחד בהשגת התכונות הויסקו-אלסטיות הרצויות. כאן, ג'ל κ-קרגינן חדשני התומך באמבטיה מיוצר באמצעות תהליך טחינה מכני קל לתפעול, המייצר חלקיקים הומוגניים תת-מיקרוסקולריים. תת-מיקרו-ג'לים אלה מפגינים התנהגות זרימה טיפוסית של בינגהאם עם לחץ תפוקה קטן ותכונות של דילול גזירה מהיר, המאפשרות שיקוע חלק של ביו-דיו. יתר על כן, המעבר ההפיך של ג'ל-סול ויכולות הריפוי העצמי של רשת מיקרו-ג'ל κ-carrageenan מבטיחים את השלמות המבנית של מבנים מודפסים, ומאפשרים יצירת מבני רקמות מורכבים ורב-שכבתיים עם מאפיינים אדריכליים מוגדרים. לאחר ההדפסה, ניתן להסיר בקלות את תת-המיקרו-ג'לים κ-carrageenan באמצעות שטיפת מלח פשוטה עם מאגר פוספטים. הדפסה ביולוגית נוספת עם דיו ביולוגי עמוס תאים מראה כי תאים בתוך מבנים ביומימטיים יש כדאיות גבוהה של 92% ולהרחיב במהירות pseudopodia, כמו גם לשמור על שגשוג חזק, דבר המצביע על הפוטנציאל של אסטרטגיית הדפסה ביולוגית זו לייצור רקמות ואיברים. לסיכום, מדיום תת-מיקרוג'ל κ-קרגינן חדשני זה מתגלה כאפיק מבטיח להדפסה ביולוגית משובצת באיכות יוצאת דופן, הנושא השלכות עמוקות על התפתחות במבחנה של רקמות ואיברים מהונדסים.

Introduction

פיגומים להנדסת רקמות, כולל סיבים אלקטרו-סובבים, ספוגים נקבוביים והידרוג'לים פולימריים, ממלאים תפקיד מרכזי בתיקון ושחזור של רקמות ואיברים פגומים על ידי מתן מסגרת מבנית התומכת בצמיחת תאים, התחדשות רקמות ושיקום תפקוד איברים ^1,2,3. עם זאת, פיגומים מסורתיים נתקלים באתגרים בשכפול מדויק של מבני רקמות מקומיים, מה שמוביל לחוסר התאמה בין הרקמות המהונדסות והטבעיות. מגבלה זו מעכבת ריפוי יעיל של רקמות פגומות, ומדגישה את הצורך הדחוף בהתקדמות בעיצוב פיגומים כדי להשיג ביומימיקרי מדויק יותר. הדפסה ביולוגית תלת מימדית (3D) היא טכניקת ייצור חדשנית הבונה במדויק מבנים מורכבים של רקמות ביולוגיות ש....

Protocol

1. הכנת אמבט ההשעיה κ -carrageenan sub-microgel

1. הכינו 500 מ"ל של אמבט תרחיף κ-carrageenan (0.35% wt/vol) על ידי הוספת 1.75 גרם של אבקת κ-carrageenan לתוך 500 מ"ל של תמיסת מלח חוצצת פוספט (PBS, pH 7.4) בתוך בקבוק זכוכית של 1,000 מ"ל.
2. הכניסו מוט מערבל מגנטי בקוטר 70 מ"מ לתוך בקבוק הזכוכית כדי לערבב את התערו.......

Discussion

הכנת אמבטיות תרחיף תת-מיקרוג'ל κ-carrageenan לשימוש בהדפסה ביולוגית היא תהליך מתוזמר בקפידה הכולל מספר שלבים קריטיים כדי להבטיח שהמדיום המתקבל יציג את התכונות הרצויות לתמיכה בדיו ביולוגי. בתחילה, פתרון κ-carrageenan מוכן על ידי המסת אבקת κ-carrageenan במים deionized בטמפר.......

Materials

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