Name: human cartilage tissue fabrication using three-dimensional inkjet printing technology
Uploaded: 2014-06-10T13:45:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Human Cartilage Tissue Fabrication Using Three-dimensional Inkjet Printing Technology at JoVE.com

De auteurs willen graag de steun van de New York Hoofdstedelijk Gewest Research Alliance Grant erkennen.

1. Bioprinting Platform Oprichting De printer wijziging was gebaseerd op een HP Deskjet 500 thermische inkjet printer en HP 51626A zwarte inktcartridge. <ol><li> Verwijder de bovenste plastic kap van de printer en voorzichtig los van het bedieningspaneel van de dekking. </li><li> Maak de 3 kabelverbindingen tussen de printer bovenste gedeelte en de basis. Verwijder de printer bovenste gedeelte van de basis. </li><li> Op de printer bovenste gedeelte, verwijder de kleine plastic en rubber on...

<ol>
	<li>Cui, X., Boland, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+microvasculature+fabrication+using+thermal+inkjet+printing+technology.">Human microvasculature fabrication using thermal inkjet printing technology.</a> Biomaterials. 30, 6221-6227 (2009).</li><li>Cui, X., Breitenkamp, K., Finn, M. G., Lotz, M., D'Lima, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+human+cartilage+repair+using+three-dimensional+bioprinting+technology.">Direct human cartilage repair using three-dimensional bioprinting technology.</a> Tissue Eng Part A. 18, 1304-1312 (2012).</li><li>Cui, X., Breitenkamp, K., Lotz, M., D'Lima, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synergistic+action+of+fibroblast+growth+factor-2+and+transforming+growth+factor-beta1+enhances+bioprinted+human+neocartilage+formation.">Synergistic action of fibroblast growth factor-2 and transforming growth factor-beta1 enhances bioprinted human neocartilage formation.</a> Biotechnol. Bioeng. 109, 2357-2368 (2012).</li><li>Cui, X., Breitenkamp, K., Finn, M. G., Lotz, M., Colwell, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+human+cartilage+repair+using+thermal+inkjet+printing+technology.">Direct human cartilage repair using thermal inkjet printing technology.</a> Osteoarthritis and Cartilage. 19, (2011).</li><li>Cui, X., Boland, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+deposition+of+human+microvascular+endothelial+cells+and+biomaterials+for+human+microvasculature+fabrication+using+inkjet+printing.">Simultaneous deposition of human microvascular endothelial cells and biomaterials for human microvasculature fabrication using inkjet printing.</a> NIP24/digital Fabrication 2008: 24th International Conference on Digital Printing Technologies, Technical Program and Proceedings. 24, 480-483 (2008).</li><li>Cui, X., Dean, D., Ruggeri, Z. M., Boland, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+damage+evaluation+of+thermal+inkjet+printed+Chinese+hamster+ovary+cells.">Cell damage evaluation of thermal inkjet printed Chinese hamster ovary cells.</a> Biotechnol. Bioeng. 106, 963-969 (2010).</li><li>Cui, X., Hasegawa, A., Lotz, M., D'Lima, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structured+three-dimensional+co-culture+of+mesenchymal+stem+cells+with+meniscus+cells+promotes+meniscal+phenotype+without+hypertrophy.">Structured three-dimensional co-culture of mesenchymal stem cells with meniscus cells promotes meniscal phenotype without hypertrophy.</a> Biotechnol. Bioeng. 109, 2369-2380 (2012).</li><li>Cui, X., Gao, G., Qiu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Accelerated+myotube+formation+using+bioprinting+technology+for+biosensor+applications.">Accelerated myotube formation using bioprinting technology for biosensor applications.</a> Biotechnol. Lett. 35, 315-321 (2013).</li><li>Cui, X., Boland, T., D'Lima, D. D., Lotz, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+inkjet+printing+in+tissue+engineering+and+regenerative+medicine.">Thermal inkjet printing in tissue engineering and regenerative medicine.</a> Recent Pat Drug Deliv Formul. 6, 149-155 (2012).</li><li>Bryant, S. J., Anseth, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogel+properties+influence+ECM+production+by+chondrocytes+photoencapsulated+in+poly(ethylene+glycol)+hydrogels.">Hydrogel properties influence ECM production by chondrocytes photoencapsulated in poly(ethylene glycol) hydrogels.</a> Journal of Biomedical Materials Research. 59, 63-72 (2002).</li><li>Elisseeff, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoencapsulation+of+chondrocytes+in+poly(ethylene+oxide)-based+semi-interpenetrating+networks.">Photoencapsulation of chondrocytes in poly(ethylene oxide)-based semi-interpenetrating networks.</a> Journal of Biomedical Materials Research. 51, 164-171 (2000).</li><li>Buskirk, W. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+A+High-Resolution+Thermal+Inkjet+Printhead.">Development of A High-Resolution Thermal Inkjet Printhead.</a> Hewlett-Packard Journal. 39, 55-61 (1988).</li><li>Harmon, J. P., Widder, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrating+the+Printhead+Into+the+HP+Deskjet+Printer.">Integrating the Printhead Into the HP Deskjet Printer.</a> Hewlett-Packard Journal. 39, 62-66 (1988).</li><li>Kim, T. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+model+for+cartilage+tissue+engineering+to+regenerate+the+zonal+organization+of+articular+cartilage.">Experimental model for cartilage tissue engineering to regenerate the zonal organization of articular cartilage.</a> Osteoarthritis and Cartilage. 11, 653-664 (2003).</li><li>Sharma, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Designing+zonal+organization+into+tissue-engineered+cartilage.">Designing zonal organization into tissue-engineered cartilage.</a> Tissue Engineering. 13, 405-414 (2007).</li><li>Cohen, D. L., Lipton, J. I., Bonassar, L. J., Lipson, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Additive+manufacturing+for+in+situ+repair+of+osteochondral+defects.">Additive manufacturing for in situ repair of osteochondral defects.</a> Biofabrication. 2, (2010).</li></ol>

Deze 3D bioprinting systeem met gelijktijdige fotopolymerisatie capaciteit geeft een significant hogere printresolutie dan de beste eerder beschreven methode in situ drukken van osteochondrale defecten middels spuit geëxtrudeerd cellulair hydrogel 16. Hogere resolutie printen is bijzonder kritisch voor kraakbeen tissue engineering aan de anatomische kraakbeen zonale organisatie te herstellen. Gelijktijdige fotopolymerisatie in laag-voor-laag assemblage cruciaal nauwkeurige afzetting van cellen en bi...

Bioprinting basis van thermische inkjet printen is een van de meest veelbelovende technologieën op het gebied van tissue engineering en regeneratieve geneeskunde. Met digitale regeling en hoge doorvoer printkoppen cellen, scaffolds en groeifactoren nauwkeurig kan worden gestort op de gewenste tweedimensionale (2D) en driedimensionale (3D) posities snel. Vele succesvolle toepassingen zijn gerealiseerd met behulp van deze technologie in de tissue engineering en regeneratieve geneeskunde 1-9. In dit artikel werd een bioprinting platform opgericht met een gemodificeerde Hewlett-Packard (HP) Deskjet 500 thermische inkjet printer en een gelijktijdige fotopolymerisatiesysteem. Synthetische hydrogels samengesteld uit poly (ethyleenglycol) (PEG) hebben het vermogen handhaven chondrocyte levensvatbaarheid en bevorderen chondrogene ECM produktie 10,11. Daarnaast fotoverknoopbare PEG is zeer goed oplosbaar in water met een lage viscositeit, waardoor het ideaal is voor gelijktijdige Polymer maaktrization tijdens 3D bioprinting. In deze paper, menselijke chondrocyten gesuspendeerd in poly (ethyleen) glycoldiacrylaat (PEGDA; MW 3400) werden juist afgedrukt op neocartilage laag-voor-laag te bouwen met 1.400 dpi resolutie in 3D. Homogene verdeling van afgezette cellen in een 3D steiger waargenomen, die kraakbeenweefsel gemaakt met uitstekende mechanische eigenschappen en verbeterde ECM produktie. Daarentegen handmatige fabricage de cellen geaccumuleerde onderaan de gel in plaats van de oorspronkelijk gedeponeerd posities door tragere polymerisatie steiger, die tot inhomogene kraakbeen na kweek 2,3.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:357px;">HP Deskjet 500 thermal inkjet printer</td>
			<td style="width:221px;">Hewlett-Packard</td>
			<td style="width:195px;">C2106a</td>
			<td style="width:433px;">Discontinued. Purchased refurbished from internet vendor.</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:357px;">HP black ink cartridge</td>
			<td style="width:221px;">Hewlett-Packard</td>
			<td style="width:195px;">51626a</td>
			<td style="width:433px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:357px;">Ultraviolet lamp</td>
			<td style="width:221px;">UVP</td>
			<td style="width:195px;">B-100AP</td>
			<td style="width:433px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:357px;">UV light meter</td>
			<td style="width:221px;">General Tools</td>
			<td style="width:195px;">UV513AB</td>
			<td style="width:433px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:357px;">Zeiss LSM 510 laser scanning microscope</td>
			<td style="width:221px;">Carl Zeiss</td>
			<td style="width:195px;">LSM 510</td>
			<td style="width:433px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:357px;">Dulbeccos Modified Eagles Medium (DMEM)</td>
			<td style="width:221px;">Mediatech</td>
			<td style="width:195px;">10-013</td>
			<td style="width:433px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:357px;">Penicillin-streptomycin-glutamine (PSG)</td>
			<td style="width:221px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:195px;">10378-016</td>
			<td style="width:433px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:357px;">Accutase cell dissociation reagent</td>
			<td style="width:221px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:195px;">A11105-01</td>
			<td style="width:433px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:357px;">Phosphate buffered saline (PBS)</td>
			<td style="width:221px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:195px;">10010-023</td>
			<td style="width:433px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:357px;">Live/Dead viability/cytotoxicity Kit</td>
			<td style="width:221px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:195px;">L-3224</td>
			<td style="width:433px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:357px;">Poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA)</td>
			<td style="width:221px;">Glycosan Biosystems</td>
			<td style="width:195px;">GS700</td>
			<td style="width:433px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:357px;">Irgacure 2959</td>
			<td style="width:221px;">Ciba Specialty Chemicals</td>
			<td style="width:195px;">I-2959</td>
			<td style="width:433px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:357px;">Human articular chondrocytes</td>
			<td style="width:221px;">Lonza</td>
			<td style="width:195px;">CC-2550</td>
			<td style="width:433px;"></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

human cartilage tissue fabrication using three-dimensional inkjet printing technology

Bioprinting, die is gebaseerd op thermische inkjettechnologie, is een van de meest aantrekkelijke technologieën op het gebied van tissue engineering en regeneratieve geneeskunde. Met digitale controle cellen, scaffolds en groeifactoren nauwkeurig kan worden gestort op de gewenste tweedimensionale (2D) en driedimensionale (3D) locaties snel. Daarom is deze technologie is een ideale aanpak van weefsels nabootsen van hun eigen anatomische structuren te fabriceren. Om kraakbeen ingenieur met inheemse zonale organisatie, extracellulaire matrix samenstelling (ECM) en mechanische eigenschappen, ontwikkelden we een bioprinting platform met behulp van een commerciële inkjet printer met gelijktijdige fotopolymerisatie staat voor 3D kraakbeen tissue engineering. Menselijke chondrocyten gesuspendeerd in poly (ethyleenglycol) diacrylaat (PEGDA) werden 3D neocartilage bouw via laag-voor-laag assemblage afgedrukt. De gedrukte cellen werden gefixeerd op hun oorspronkelijke posities afgezet, ondersteund door de omgevibeuken erin steiger in gelijktijdige fotopolymerisatie. De mechanische eigenschappen van de gedrukte weefsel waren vergelijkbaar met de natieve kraakbeen. Vergeleken met conventionele weefsel fabricage, die langer UV belichting vereist, de levensvatbaarheid van de afgedrukte cellen met gelijktijdige fotopolymerisatie was significant hoger. Gedrukt neocartilage aangetoond uitstekend glycosaminoglycaan (GAG) en collageen type II-productie, die consistent zijn met de genexpressie was. Daarom is dit platform is ideaal voor nauwkeurige cel distributie en regeling voor anatomische tissue engineering.

De gewijzigde thermische inkjet printer in staat was voor cel-en steiger afzetting bij hoge doorvoer en uitstekende levensvatbaarheid van de cellen. Combineren met gelijktijdige fotopolymerisatie en lichtgevoelige biomaterialen, deze technologie kan de cellen en andere gedrukte stoffen vast aan de oorspronkelijk gedeponeerd locaties. Volgens de eigenschappen van de gemodificeerde thermische inkjetprinter, de 2D afdrukresolutie is 300 dpi met een inktdruppel volume van 130 pl. Er zijn 50 bakken sproeiers in elke printkop...

Watch this Scientific Journal Video about Human Cartilage Tissue Fabrication Using Three-dimensional Inkjet Printing Technology at JoVE.com

Human Cartilage Tissue Fabrication Using Three-dimensional Inkjet Printing Technology

Human kraakbeenweefsel Fabrication behulp van drie-dimensionale Inkjet Printing Technology

De in dit document beschreven methoden zien hoe je een commerciële inkjet printer omzetten in een bioprinter met gelijktijdige UV-polymerisatie. De printer is geschikt voor het construeren van 3D-weefselstructuur met cellen en biomaterialen. De studie hier toonde construeerde een 3D neocartilage.

Bioprinting, which is based on thermal inkjet printing, is one of the most attractive enabling technologies in the field of tissue engineering and ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Planar and Three-Dimensional Printing of Conductive Inks

Vlakke en Three-Dimensional Printing van geleidende inkten

Printed electronics rely on low-cost, large-area fabrication routes to create flexible or multidimensional electronic, optoelectronic, and biomedical ...

Generation of a Three-dimensional Full Thickness Skin Equivalent and Automated Wounding

Genereren van een drie-dimensionale volledige dikte huidequivalent en Automated Verwonden

In vitro models are a cost effective and ethical alternative to study cutaneous wound healing processes. Moreover, by using human cells, these models ...

Three-dimensional Biomimetic Technology: Novel Biorubber Creates Defined Micro- and Macro-scale Architectures in Collagen Hydrogels

Driedimensionale Biomimetic Technologie: Novel Biorubber Creëert Defined micro- en macro-schaal Architectures in Collageen Hydrogels

Tissue scaffolds play a crucial role in the tissue regeneration process. The ideal scaffold must fulfill several requirements such as having proper ...

Fabrication of Inverted Colloidal Crystal Poly(ethylene glycol) Scaffold: A Three-dimensional Cell Culture Platform for Liver Tissue Engineering

Fabrication of Inverted Colloidal Crystal Polyethylene glycol Scaffold: A Three-dimensional Cell Culture Platform for Liver Tissue Engineering

Fabricage van Inverted Colloïdaal Crystal Poly (ethyleen glycol) Steiger: Een drie-dimensionale Cultuur van de Cel Platform for Liver Tissue Engineering

The ability to maintain hepatocyte function in vitro, for the purpose of testing xenobiotics&#39; cytotoxicity, studying virus infection and developing ...

Fabrication of Three-dimensional Paper-based Microfluidic Devices for Immunoassays

Fabricage van Driedimensionale Paper-based microfluïdische apparaten voor een immunoassay

Paper wicks fluids autonomously due to capillary action. By patterning paper with hydrophobic barriers, the transport of fluids can be controlled and ...

Melt Electrospinning Writing of Three-dimensional Poly(&#949;-caprolactone) Scaffolds with Controllable Morphologies for Tissue Engineering Applications

Melt Electrospinning Writing of Three-dimensional PolyÃƒÆ’Ã…Â½Ãƒâ€šÃ‚Âµ-caprolactone Scaffolds with Controllable Morphologies for Tissue Engineering Applications

Electrospinning schrijven van driedimensionale Poly(ε-caprolactone) steigers met controleerbare Morphologies voor Tissue Engineering toepassingen smelten

This tutorial reflects on the fundamental principles and guidelines for electrospinning writing with polymer melts, an additive manufacturing technology ...

Culturing Mammalian Cells in Three-dimensional Peptide Scaffolds

Kweken van zoogdiercellen in driedimensionale Peptide steigers

A useful technique for culturing cells in a self-assembling nanofiber three-dimensional (3D) scaffold is described. This culture system recreates an ...

Three-dimensional Printing of Thermoplastic Materials to Create Automated Syringe Pumps with Feedback Control for Microfluidic Applications

Drie-dimensionale afdrukken van thermoplastische materialen maken geautomatiseerd injectiespuit pompen met controle van de Feedback voor Microfluidic toepassingen

Microfluidics has become a critical tool in research across the biological, chemical, and physical sciences. One important component of microfluidic ...

Fabrication of Decellularized Cartilage-derived Matrix Scaffolds

Fabricage van Decellularized kraakbeen afkomstige Matrix steigers

Osteochondral defects lack sufficient intrinsic repair capacity to regenerate functionally sound bone and cartilage tissue. To this extent, cartilage ...

Pancreatic Tissue-Derived Extracellular Matrix Bioink for Printing 3D Cell-Laden Pancreatic Tissue Constructs

Pancreatic weefsel-afgeleide extracellulaire matrix Bioink voor het afdrukken van 3D Cell-beladen alvleesklier weefsel constructies

The transplantation of pancreatic islets is a promising treatment for patients who suffer from type 1 diabetes accompanied by hypoglycemia and secondary ...