Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
* Bu yazarlar eşit katkıda bulunmuştur
Burada sunulan, hidrojel mikrokaçörlerin yapımını sağlamak için viskoz-atalet kuvvetlerinin alternatifi tarafından tahrik edilen hafif bir 3D baskı tekniğidir. Ev yapımı nozüller esneklik sunarak farklı malzemeler ve çaplar için kolay değişim sağlar. 50-500 μm çapında hücre bağlama mikrokaderleri elde edilebilir ve daha fazla kültleme için toplanabilir.
Mikrokaçarlar, 60-250 μm çapında boncuklar ve büyük ölçekli hücre kültürleri için taşıyıcı olarak yaygın olarak kullanılan geniş bir özel yüzey alanıdır. Mikrokaçör kültürü teknolojisi sitolojik araştırmalarda ana tekniklerden biri haline gelmiştir ve yaygın olarak büyük ölçekli hücre genişlemesi alanında kullanılmaktadır. Mikrokaçörlerin in vitro doku mühendisliği yapımı ve klinik ilaç taramasında giderek daha önemli bir rol oynadığı gösterilmiştir. Mikrokaçörleri hazırlamak için mevcut yöntemler arasında genellikle karmaşık akış kanalı tasarımına, uyumsuz iki fazlı arayüze ve sabit bir nozul şekline dayanan mikroakışkan çipler ve mürekkep püskürtmeli baskı bulunur. Bu yöntemler, birden fazla biyoink'e uygulandığında karmaşık nozül işleme, sakıncalı nozül değişiklikleri ve aşırı ekstrüzyon kuvvetlerinin zorluklarıyla karşı karşıyadır. Bu çalışmada, 100-300 μm çapında hidrojel mikrokaçörlerin yapımını sağlamak için alternatif viskoz-atalet kuvveti jetleme adı verilen bir 3D baskı tekniği uygulanmıştır. Hücreler daha sonra doku mühendisliği modülleri oluşturmak için mikrokaçörler üzerine tohumlandı. Mevcut yöntemlerle karşılaştırıldığında, bu yöntem çok çeşitli biyoaktif malzemeler için ücretsiz nozül ucu çapı, esnek nozül anahtarlama, baskı parametrelerinin serbest kontrolü ve hafif baskı koşulları sunar.
Mikrokaçarlar 60-250 μm çapında ve geniş bir yüzey alanına sahip boncuklardır ve genellikle büyük ölçekli hücre kültürü için kullanılır1,2. Dış yüzeyleri hücreler için bol miktarda büyüme alanı sağlar ve iç mekansal çoğalma için bir destek yapısı sağlar. Küresel yapı ayrıca pH, O2 ve besin ve metabolit konsantrasyonu da dahil olmak üzere parametreleri izleme ve kontrol etmede kolaylık sağlar. Karıştırılmış tank biyoreaktörleri ile birlikte kullanıldığında, mikrokaçörler geleneksel kültürlere kıyasla nispeten küçük bir hacimde daha yüksek hücre yoğunlukları elde edebilir, böylece büyük ölçekli kültürlere ulaşmak için uygun maliyetli bir yol sağlayabilir3. Mikrokaç kültürü teknolojisi sitolojik araştırmalarda ana tekniklerden biri haline gelmiştir ve kök hücrelerin, hepatositlerin, kondrositlerin, fibroblastların ve diğer yapıların büyük ölçekli genişlemesi alanında çok ilerleme kaydedildi4. Ayrıca ideal ilaç dağıtım araçları ve aşağıdan yukarıya üniteler oldukları ve bu nedenle klinik ilaç taraması ve in vitro doku mühendisliği onarımında giderek daha önemli bir rol üstlendikleri bulunmuştur5.
Farklı senaryolarda mekanik özellik gereksinimlerini karşılamak için, mikrokaçörlerin yapımında kullanılmak üzere birden fazla hidrojel malzeme türü geliştirilmiştir6,7,8,9,10,11. Aljinat ve hyaluronik asit (HA) hidrojelleri, iyi biyouyumlulukları ve çapraz bağlantıları nedeniyle en çok kullanılan mikrokaç malzemelerden ikisidir12,13. Aljinat kalsiyum klorür ile kolayca çapraz bağlanabilir ve mekanik özellikleri çapraz bağlama süresi değiştirilerek modüle edilebilir. Tyramine konjuge HA, hidrojen peroksit ve yaban turpu peroksidaz14 ile katalize edilen tyramine moieties'in oksidatif bağlantısı ile çapraz bağlanır. Kollajen, benzersiz spiral yapısı ve çapraz bağlı fiber ağı nedeniyle, hücre bağlanmasını daha da teşvik etmek için mikrokaçörlere karışmak için genellikle bir yardımcı olarak kullanılır15,16.
Mikrokaçör hazırlamanın güncel yöntemleri arasında mikroakışkan çipler, mürekkep püskürtmeli baskı ve elektrospray17,18,19,20,21,22,23 bulunur. Mikroakışkan çiplerin tek tip boyutlu mikrokaçörler üretmede hızlı ve verimli olduğu kanıtlanmıştır24. Ancak, bu teknoloji karmaşık bir akış kanalı tasarımına ve üretim sürecine dayanır25. Mürekkep püskürtmeli baskı sırasında yüksek sıcaklık veya aşırı ekstrüzyon kuvvetlerinin yanı sıra elektrospray yaklaşımındaki yoğun elektrik alanları, malzemenin özelliklerini, özellikle biyolojik aktivitesini olumsuz yönde etkileyebilir19. Ayrıca, çeşitli biyomalzemelere ve çaplara uygulandığında, bu yöntemlerde kullanılan özelleştirilmiş nozüller sınırlı işlem karmaşıklığı, yüksek maliyet ve düşük esneklik sağlar.
Mikrokaç hazırlama için uygun bir yöntem sağlamak için, hidrojel mikrokaçörleri oluşturmak için alternatif viskoz-atalet kuvvetleri püskürtme (AVIFJ) adı verilen bir 3D baskı tekniği uygulanmıştır. Teknik, nozül ucunun yüzey gerilimini aşmak ve böylece damlacıklar oluşturmak için dikey titreşim sırasında oluşturulan aşağı doğru itici kuvvetler ve statik basınç kullanır. Şiddetli kuvvetler ve termal koşullar yerine, küçük hızlı yer değiştirmeler baskı sırasında doğrudan nozul üzerinde hareket eder, biyoink'in fizikokimyasal özellikleri üzerinde küçük bir etkiye neden olan ve biyoaktif malzemeler için büyük bir cazibe sunan. AVIFJ yöntemi kullanılarak, 100-300 μm çapında birden fazla biyomalzemenin mikrokaçları başarıyla oluşturulmuştur. Ayrıca, mikrokaçların hücreleri iyi bağladığı ve yapışan hücreler için uygun bir büyüme ortamı sağladığı daha da kanıtlanmıştır.
1. Hücre kültürü
2. Nozüllerin hazırlanması
3. Hidrojel biyoink hazırlanması
4. AVIFJ'ye dayalı mikro damlacık oluşumu
5. AVIFJ'ye dayalı mikrokaçör oluşumu
6. Mikrokaçörlerin yüzeyindeki hücrelerin aşılanması
7. Mikrodroplet/mikrokaçör oluşumunun analizi
Çeşitli yakınsama hızlarında ve çaplarında baskı kafaları, birden fazla malzeme türünün basılmasını sağlamak için üretilmiştir. Artan çekme mukavemeti ile elde edilen nozüller Şekil 1B'de gösterilmiştir. Nozüller üç alana ayrılmıştır: rezervuar (III), kasılma (II) ve baskı kafası (I). Rezervuar, sıvının baskı için statik basınç ve biyoink girişi sağladığı nozülun işlenmemiş kısmıydı. Daralma alanı, aşağı doğru itici güçler üretmek i...
Burada açıklanan protokol, çok tip hidrojel mikrokaçörlerin hazırlanması ve daha sonra hücre tohumlama için talimatlar sağlar. Mikroakışkan çip ve mürekkep püskürtmeli baskı yöntemleriyle karşılaştırıldığında, AVIFJ mikrokaçörler oluşturmaya yönelik yaklaşımı daha fazla esneklik ve biyouyumluluk sunar. Bağımsız bir nozül, bu baskı sistemlerinde cam mikropipletler de dahil olmak üzere çok çeşitli hafif nozüllerin kullanılmasını sağlar. Son derece kontrol edilebilir işleme, r...
Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.
Bu çalışma Pekin Doğa Bilimleri Vakfı (3212007), Tsinghua Üniversitesi Girişim Bilimsel Araştırma Programı (20197050024), Tsinghua Üniversitesi Bahar Esintisi Fonu (20201080760), Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (51805294), Çin Ulusal Anahtar Araştırma ve Geliştirme Programı (2018YFA0703004) ve 111 Projesi (B17026) tarafından desteklendi.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
A549 cells | ATCC | CCL-185 | Human non-small cell lung cancer cell line |
Bright field microscope | Olympus | DP70 | |
Confocal microscope | Nikon | TI-FL | |
Fetal bovine serum, FBS | BI | 04-001-1ACS | |
Gelatin | SIGMA | G1890 | |
Glass micropipettes | sutter instrument | b150-110-10 | |
GlutaMAX | GIBCO | 35050-061 | |
H-DMEM | GIBCO | 11960-044 | Dulbecco's modified eagle medium |
Horseradish peroxidase powder | SIGMA | P6782 | |
Hydrophobic agent | 3M | PN7026 | Follow the manufacturer's instructions and use after dilution |
Micro-forge device | narishige | MF-900 | |
Non-essential amino acids, NEAA | GIBCO | 11140-050 | non-essential amino acids |
Penicillin G and streptomycin | GIBCO | 15140-122 | |
Petri dish | SIGMA | P5731-500EA | |
Puller | sutter instrument | P-1000 | |
Sodium alginate | SIGMA | A0682 | |
Trypsin | GIBCO | 25200-056 | |
Type I collagen solution from rat tail | SIGMA | C3867 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır