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

Författarna vill tacka för stödet från New York huvudstadsregionen Research Alliance Grant.

1. Bioprinting Platform Etablering Skrivaren ändring grundas på en HP Deskjet 500 termisk bläckstråleskrivare och HP 51626A svart bläckpatron. <ol><li> Ta bort den övre plastkåpan på skrivaren och försiktigt loss panelen från locket. </li><li> Lossa kabelanslutningarna 3 mellan den övre delen och botten skrivare. Ta bort den övre delen skrivaren från basen. </li><li> På skrivarens övre delen, ta bort den lilla plast-och gummi tillbehör (skrivhuvudet rengöringssystem) på h...

<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>

Denna 3D bioprinting system med samtidig photopolymerization förmåga ger en betydligt högre utskriftsupplösning än de bästa tidigare rapporterats metod i tryckning av osteokondrala defekter med hjälp av spruta extruderas en cellulär alginat hydrogel 16 situ. Högre utskriftsupplösning är särskilt kritisk för broskvävnadsteknik för att återställa den anatomiska brosk zonal organisation. Samtidig fotopolymerisation under lager-på-lager-montering är avgörande för att upprät...

Bioprinting baserad på termisk bläckstråleutskrift är en av de mest lovande möjliggörande teknik inom området tissue engineering och regenerativ medicin. Med digital kontroll och hög genomströmning skrivhuvuden celler, ställningar, och tillväxtfaktorer kan exakt deponeras till önskad tvådimensionell (2D) och tredimensionella (3D) positioner snabbt. Många framgångsrika ansökningar har uppnåtts med hjälp av denna teknik i vävnadsteknik och regenerativ medicin 1-9. I detta papper, var en bioprinting plattform upprättas med en modifierad Hewlett-Packard (HP) Deskjet 500 termisk bläckstråleskrivare och en samtidig fotopolymerisa system. Syntetiska hydrogeler formulerade från poly (etylenglykol) (PEG) har visat sig ha förmågan att upprätthålla kondrocyt livskraft och främja kondrogen ECM produktion 10,11. Dessutom är fototvärbindbar PEG mycket lösliga i vatten med låg viskositet, vilket gör den idealisk för samtidig polymerization under 3D bioprinting. I detta papper, mänskliga chondrocyter suspenderade i poly (etylen) glykoldiakrylat (PEGDA, MW 3400) var exakt tryckt att konstruera neocartilage lager-för-lager med 1.400 dpi i 3D-upplösning. Homogen fördelning av deponerade celler i en 3D klätterställning observerades, vilket genererade broskvävnad med utmärkta mekaniska egenskaper och förbättrad produktions ECM. Däremot i manuell tillverkning cellerna ackumulerad vid botten av gelén istället för deras initialt deponerade positionerna på grund av långsammare scaffold polymerisation, vilket ledde till inhomogen broskbildning efter odling 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, som bygger på termisk bläckstråleutskrift, är en av de mest attraktiva möjliggörande teknik inom området tissue engineering och regenerativ medicin. Med digital kontrollceller, byggnadsställningar och tillväxtfaktorer kan exakt deponeras till önskad tvådimensionell (2D) och tredimensionella (3D) platser snabbt. Därför är denna teknik en idealisk metod för att tillverka vävnad härma deras infödda anatomiska strukturer. För att konstruera brosk med infödda zoner organisation, extracellulärmatrix sammansättning (ECM), och mekaniska egenskaper, utvecklade vi en bioprinting plattform med hjälp av en kommersiell bläckstråleskrivare med samtidig photopolymerization kapabel för 3D broskvävnadsteknik. Mänskliga kondrocyter suspenderade i poly (etylenglykol) akrylat (PEGDA) trycktes för 3D neocartilage konstruktion via lager-för-lager församling. De tryckta cellerna fixerades vid sina ursprungliga insatta lägen, med stöd av surroINANSIERING byggnadsställning på samtidig fotopolymerisationen. De mekaniska egenskaperna hos den tryckta vävnaden var liknande den nativa brosk. Jämfört med konventionell vävnadstillverkning, som kräver längre UV-exponering, livskraft de tryckta celler med samtidig photopolymerization var betydligt högre. Tryckt neocartilage visade utmärkt glykosaminoglykan (GAG) och kollagen typ II-produktion, vilket var i linje med genuttryck. Därför är denna plattform idealisk för exakt fördelning cell och arrangemang för anatomisk vävnadsteknik.

Den modifierade termiska bläckstråleskrivare var kapabel för cell-och byggnadsställning deponering vid hög genomströmning och utmärkt cellernas livskraft. Kombinera med samtidig fotopolymerisation och ljuskänsliga biomaterial, är denna teknik kunna fixera cellerna och andra tryckta ämnen till de ursprungligen avsatta platser. Enligt egenskaperna hos den modifierade termiska bläckstråleskrivare, 2D utskriftsupplösning var 300 dpi med en enda bläckdroppvolym på 130 pl. Det finns 50 bränning munstycken i va...

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 Brosk Tissue Fabrication Använda Tredimensionell Inkjet Printing Technology

De metoder som beskrivs i detta dokument visar hur man konverterar en kommersiell bläckstråleskrivare i en bioprinter med samtidig UV-polymerisation. Skrivaren klarar av att bygga 3D-vävnadsstruktur med celler och biomaterial. Studien visade här konstruerat en 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

Plana och tredimensionella Tryckning av ledande bläck

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

Generering av ett tredimensionellt Full Tjocklek hudekvivalent och automatiserade sårar

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

Tredimensionell Biomimetic Technology: Novel Biorubber Skapar Defined mikro- och makroskala arkitekturer i Collagen Hydrogeler

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

Tillverkning av Inverted kolloidalt Crystal Poly (etylenglykol) Scaffold: En tredimensionell cellkultur plattform för levervävnad 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

Tillverkning av Tredimensionell Pappersbaserade Mikrofluidikanordningar för Immun

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

Smälta Electrospinning handstil av tredimensionella Poly(ε-caprolactone) ställningar med kontrollerbar morfologier för Tissue Engineering program

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

Odling däggdjursceller i tredimensionella peptid ställningar

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

Tredimensionella utskrift av termoplastiska material att skapa automatiserade sprutpumpar med Feedback kontroll för mikroflödessystem applikationer

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

Tillverkning av cell-lösa brosk-derived Matrix ställningar

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

Pankreasvävnad-härledda extracellulära matrix Bioink för utskrift 3D cell-lastat Pankreasvävnad konstruktioner

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