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
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

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.......

Representative Results

אמבט הג'ל הגרגירי κ-carrageenan נוצר על ידי פירוק מכני של הידרוג'לים בתפזורת לתרחיף ג'ל חלקיקי. המחקר האחרון הראה כי חלקיקי κ-קרגינן הציגו קוטר ממוצע של כ-642 ±-65 ננומטר עם מורפולוגיות אחידות ב-1000 סל"ד של ערבוב מכני15, קטן משמעותית מממדי המיקרו-ג'לים שדווחו בעבר בספרות 16,17,18

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.......

Disclosures

למחברים אין עניין כלכלי בתוצרים המתוארים בכתב יד זה.

Acknowledgements

מחקר זה נתמך על ידי קרן נינגבו למדעי הטבע (2022J121, 2023J159), פרויקט מפתח של הקרן למדעי הטבע של העיר נינגבו (2021J256), הקרן הפתוחה של מעבדת מפתח המדינה להנדסה מולקולרית של פולימרים (אוניברסיטת פודאן) (K2024-35), ומעבדת מפתח לרפואה מדויקת למחלות טרשת עורקים במחוז ג'ג'יאנג, סין (2022E10026). תודה על התמיכה הטכנית על ידי מתקני הליבה, מרכז מדעי הבריאות של אוניברסיטת נינגבו.

....

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
3D bioprinterCustom-designed
4’,6-Diamidino-2-PhenylindoleSolarbio Life ScienceC0065Ready-to-use
405 nm UV lightEFLXY-WJ01
Cell CounterCorningCyto smart 6749
Confocal laser scanning microscopeLeicaSTELLARIS 5
DMEM high glucoseVivaCellC3113-0500High Glucose, with Sodium Pyruvate and L-Glutamine
Dynamic rotational rheometerTA InstrumentDiscovery HR-20
Esophageal smooth muscle cellsSupplied by the Department of Cell Biology and Regenerative Medicine, Health Science Center, Ningbo UniversityPrimary cells from the rabbit esophagus
Fetal bovine serumUEF9070L
Fluorescein isothiocyanate labeled phalloidinSolarbio Life ScienceCA1610300T
Gelatin methacrylateEFLEFL-GM-6060% substitution
k-carrageenanAladdinC121013-100gReagent grade
Lithium Phenyl (2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphinateAladdinL157759-1g365~405 nm
Live-Dead kitbeyotimeC2015M
Microplate readerPotenovPT-3502B
ParaformaldehydeSolarbio Life ScienceP1110 4%
Penicillin/streptomycinSolarbio Life ScienceMA0110100 ´
Phosphate buffered salineVivaCellC3580-0500pH 7.2-7.4
Silk fibroin methacrylateEFLEFL-SilMA-00139% substitution
Triton X-100Solarbio Life ScienceT8200
Trypsin-EDTAVivaCellC100C10.25%, without phenol red

References

  1. Xu, X., et al. Biodegradable engineered fiber scaffolds fabricated by electrospinning for periodontal tissue regeneration. J Biomater Appl. 36 (1), 55-75 (2021).
  2. Amann, E., et al.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

207Kappa carrageenanBingham Flow

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