Name: bioprinting cellularized constructs using a tissue-specific hydrogel bioink
Uploaded: 2016-04-21T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Bioprinting Cellularized Constructs Using a Tissue-specific Hydrogel Bioink at JoVE.com

Yazarlar minnetle Uzay ve Deniz Harp Sistemleri Merkezi Pasifik (SSC PASİFİK) Sözleşme No. N6601-13-C-2027 kapsamında Savunma Tehdit Azaltma Dairesi (DTRA) tarafından fon kabul. Bu malzemenin yayın buradaki bulgular veya sonuçların hükümet tarafından onaylanması anlamına gelmez.

1. Hidrojel Bioink Formülasyonlar ve Hazırlama İşlemi <ol><li> , Dokuya özel bir biyokimyasal profiller temin önce karaciğer için tarif edildiği gibi doku spesifik ECM çözümler sindirimi hazırlanması için. 20 Not: Genel olarak, bu ECM özeti kullanıldığında son hidrojel bioink hacminin% 40 ihtiva edecektir. ECM özeti çözeltisi birkaç yüz mililitre hazırlanabilir bölünmüştür ve ileride kullanılmak üzere -80 ° C&#39;de dondurulabilir. </li><li> bir foto-başlatıcı, 2-...

İnsanlarda ya da in vitro tarama uygulamaları için nihai kullanım için, 3-D doku yapıları biofabricate çalışırken dikkate kritik çeşitli bileşenler vardır. biofabrication cihazın kendisi son yapı ulaşmak için genel metodolojiyi belirler iken uygun hücresel bileşenleri kullanılarak, uç potansiyel işlevselliği belirler. o ikili rolleri hizmet olarak üçüncü bileşen, biyomalzeme, eşit derecede önemlidir. Özellikle, biyo materyal bileşeni biofabrication donanım (yani, biop...

Son yıllarda, teknolojiler çeşitli bunları üretmek veya biofabricate isteyen fonksiyonel organ ve dokuların alternatif kaynaklar ihtiyacını giderir kullanılabilir hale gelmiştir. Bioprinting bu teknolojilerin en umut verici olarak ortaya çıkmıştır. Bioprinting 3 boyutlu desen uygulanabilir organı gibi veya doku benzeri yapılar oluşturmak veya kullanılabilir biyolojik parçaların robot ilave imalat biçimi olarak düşünülebilir. Çoğu durumda, 1, bioprinting 3 (3 boyutlu kullanmaktadır -D) bu suretle yansıtan, hassas pozisyonlarda içine hücreleri ve biyomalzemeleri yatırmak için bir bilgisayar tarafından yönlendirilir baskı cihazı fizyolojik mimariler anatomik taklit. 2 Bu cihazlar hücre agrega şeklini alabilir bir &quot;bioink&quot; yazdırmak, hidrojeller kapsüllü hücreleri veya yapışkan sıvılar veya hücre tohumlanır mikro taşıyıcılar, hem de hücresiz pla gibi mekanik yapı veya hareket sağlayan hücre içermeyen polimerlerceholders. 3,4 bioprinting işleminden sonra, elde edilen yapı, işlev doku ya da organ yapılarına olgunlaşmış ve amaçlanan son uygulama için de kullanılabilir. 5,6 Bugüne kadar, tam bir tam olarak işlevsel insan boyutunda organı baskılı edilmemiştir, ancak araştırma ve geliştirme bioprinting birincil uzun vadeli bir hedef olmaya devam etmektedir. 2 Bununla birlikte, &quot;organoid&quot; doku yapıları şu anda patoloji modelleme, ilaç geliştirme ve toksikoloji tarama dahil olmak üzere uygulamaların, bir dizi yürütülmektedir küçük ölçekli. Araştırmacılar bioprinting teknolojisini uygulayarak karşılaştığım en önemli engellerden biri çok az malzeme bioprinting açık amaç için geliştirilmiş olmasıdır. etkin bir bioprinting başarılı olabilmek için, bir biyomalzeme 4 temel gereksinimleri karşılaması gerekir. Biyo materyal birikimi sağlamak için 1), uygun mekanik özelliklere sahip olması gerekir (bir jel veya I gibi bir meme boyunca ekstrüzyonlaBir damlacık olarak nkjet) birikmeden sonra bir 3-D yapının bir bileşeni olarak şekli korumak için 2) yeteneği, 3) 2, önceki özelliklerinin kullanım kontrolü, ve 4), bir hücre için uygun ve destekleyici ortamda tüm yeteneği bioprinting prosedürünün aşamaları. 7 Tarihsel olarak, işi bioprinting yerine sıkça bioprinting ve sonraki baskı sonrası uygulamalar için gerekli özelliklere sahip bir biyo materyal tasarlama, onların uyumluluk için dikkate olmadan bioprinting cihazlarda mevcut geleneksel biyomalzemeleri istihdam etmeye çalıştı. bioinks çeşitli kaplama ve üretim donanımı ile daha iyi son zamanlarda geliştirilmiştir. genellikle iki habercisi olarak yetersiz mekanik özellikleri, ya da eğer memeleri yapışmasına neden olabilir basılı veya sıkma işlemi sırasında kırılmış olma polimerize hidrojeller ile sıvı çözümler bulunması nedeniyle standart hidrojel sistemleri önemli sorunlar oluşturmaktadır. Ekibimiz, hem de tasarımlarıyla olarakRS, hidrojel substratlar içine hücre sferoid baskı, Mikro kapiller tüpler 5,8 hücresi ve hidrojel filament ekstrüzyon dinamik çapraz bağlama özelliklerine sahip 9-11 ekstrüde hiyalüronik asit (HA) -Altın nanopartikül hidrojeller de dahil olmak üzere, bu bioprinting sorunları çözmek için çeşitli hidrojel formülasyonlar, araştırdık , fotopolimerleşebilen kullanarak hidrojel sertlik 12 zamansal kontrolü, 17 HA ve jelatin, 13 fibrinojen-trombin tabanlı çapraz bağlanmasını, 14,15 iyonik değişim aljinat-kolajen jelleri, 16 metakrile ve son zamanlarda hızla polimerize ultraviyole ışık (UV) -initiated çapraz Bu örnekler etkin bir bioprinted seçebilirsiniz üreten malzemelerin uygulanabilirliğini göstermek. Ancak, donanım ile entegre ek olarak, başarılı bir şekilde, sürekli ve işlevsel 3 boyutlu doku yapıları oluşturmak için, biyo materyaller hücre korumada yardımın biyokimyasal ve mekanik ipuçları içermelidircanlılığı ve işlevi. Bu ek faktörler, biyokimyasal ve mekanik profiller, bioprinted doku yapıları başarılı fonksiyonu üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir. Her iki hücre ve doğal hücre-dışı matrisi (ECM) gibi büyüme faktörleri ve diğer hücrelere diğer sitokinler gibi sinyal molekülleri geniş yelpazeli sorumludur. Bu sinyallerin birleşimi dokudan dokuya değişir, ancak, hücre ve doku davranışını düzenleyen son derece kuvvetli ve etkili olabilir. 18, araştırılmış olan farklı organlardan doku spesifik ECM bileşenleri kullanan ve bir hidrojel olarak veya bir hidrojel bir parçası olarak uygulanması başarısı. 19-21, belirli bir doku decellularizing o ince öğütme ve eriterek oluşan bu yaklaşım, bir dokudan dokuya özel biyokimyasal sinyallerin üretilmesi için 3-D hidrojel yapılarında dahil edilebilir kullanılabilir. 22 Buna ek olarak,yaygın vücuttaki dokular katılıkları geniş bir yelpazede işgal olduğu belgelenmiştir. Bu nedenle 23, ayarlamak için yeteneği gibi elastik modülü E &#39;veya kesme elastik modülü G&#39; olarak biyomateryaller, mekanik özellikleri, doku mühendisliğinde yararlı bir araçtır . Yukarıda tarif edildiği gibi, bioink mekanik özellikler üzerinde kontrol hedef organ Çeşidi ile aynı olduğu daha sonra elastik modül seviyesi elde edilebildiği de daha sonraki bir noktada, ikincil çapraz bağlama ile manipüle yumuşak bir jel kullanılarak ekstrüzyon bazlı biofabrication sağlar. Örneğin, biyomalzemeler çalışması için bu organoids yeteneği artan teoride 24,25, yerli karaciğer gibi 23 5-10 kPa sertliğine uyum veya yerel kalp dokusu gibi 10-15 kPa sertliği maç için özelleştirilmiş olabilir kendi ana doku meslektaşları benzer bir şekilde. hücre fenotipinde çevresel sertlik etkisi Exp olmuşturÖzellikle kök hücreleri ile ilgili olarak, son yıllarda lored. Engler ve ark., Doku elastikiyeti substrat olduğunu eşleşen soylar karşı mezenkimal kök hücreleri (MSC) sürüş destekli bu alt tabaka esnekliğini göstermiştir. 25 Bu kavram daha kas içine farklılaşma, kalp fonksiyonu, karaciğer fenotip, hematopoetik kök hücre çoğalması için araştırılmaktadır ve kök hücre tedavi potansiyelinin bakım. 24,26-29 ayarlamak için güçlü olmak farklı elastik modülünün bir hidrojel doku yapıları biofabricate için kullanılacak biyomalzeme önemli bir özelliğidir. 30 Burada ekstrüzyon bioprinted edilebilir bir hidrojel sistemi formüle etmek bizim laboratuvarda kullanılan çok yönlü bir yaklaşımı temsil eder ve belirli bir doku tipi biyokimyasal profil içeren ve 2) doku Çeşidi elastik modülü taklit) 1 özelleştirilmiş bir protokol tarif . Bu gereksinimleri ele alarak, biz p hedefliyoruzin vivo fizikokimyasal ve biyolojik özelliklerini özetlemek bir malzeme rovide dokusudur. 31. Burada tarif edilen modüler hidrojel bileşik sistem ekstrüde bioinks üretmek üzere bir çok çapraz bağlama yaklaşım yararlanır ve stabilize etmek için ikinci bir çapraz bağlanma sağlar ve sertliğini artırır son ürünlerin doku tiplerinin aralığında uyum sağlamak. Biyokimyasal özelleştirme doku spesifik ECM bileşenleri kullanarak karşılanmaktadır. bir göstergesi olarak, fonksiyonel karaciğer organoid yapıları bioprint bu hidrojel sisteminin bir karaciğere özgü çeşitli kullanır. açıklanan protokol, özel bir 3-D bioprinting cihazı kullanır. Genel olarak, bu protokol çoğu ekstrüzyon tabanlı yazıcılara adapte edilebilir, özel baskı parametreleri cihazın her türü için önemli ölçüde değişir ve kullanıcı tarafından test gerektirir.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="903">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:340px;">Hyaluronic acid</td>
			<td style="width:108px;">Sigma</td>
			<td style="width:119px;">53747</td>
			<td style="width:336px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:340px;">Gelatin</td>
			<td style="width:108px;">Sigma</td>
			<td style="width:119px;">G6144</td>
			<td style="width:336px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">2-Hydroxy-4&#8242;-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone</td>
			<td style="width:108px;">Sigma</td>
			<td style="width:119px;">410896</td>
			<td style="width:336px;"></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:340px;">Hyaluronic acid and gelatin hydrogel kit (HyStem-HP)</td>
			<td style="width:108px;">ESI-BIO</td>
			<td style="width:119px;">GS315</td>
			<td style="width:336px;">Kit contains the components Heprasil (thiolated and heparinized hyaluronic acid), Gelin-S (thiolated gelatin), and Extralink (PEGDA)</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:340px;">PEG 8-Arm Alkyne, 10 kDa</td>
			<td style="width:108px;">Creative PEGWorks</td>
			<td>PSB-887</td>
			<td style="width:336px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:340px;">Primary human hepatocytes</td>
			<td style="width:108px;">Triangle Research Labs</td>
			<td>HUCPM6</td>
			<td style="width:336px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:340px;">Primary human liver stellate cells</td>
			<td style="width:108px;">ScienCell</td>
			<td style="width:119px;">5300</td>
			<td style="width:336px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:340px;">Primary human Kupffer cells</td>
			<td style="width:108px;">Life Technologies</td>
			<td style="width:119px;">HUKCCS</td>
			<td style="width:336px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:340px;">Hepatocyte Basal Media (HBM)</td>
			<td style="width:108px;">Lonza</td>
			<td style="width:119px;">CC-3199</td>
			<td style="width:336px;"></td>
		</tr>
		<tr height="126">
			<td height="126" style="height:126px;width:340px;">Hepatocyte Media Supplement Kit</td>
			<td style="width:108px;">Lonza</td>
			<td style="width:119px;">CC-3198</td>
			<td style="width:336px;">HCM SingleQuot Kits (contains ascorbic acid, 0.5mL; bovine serum albumin [fatty acid free], 10 mL; gentamicin sulfate/amphotericin B, 0.5mL; hydrocortisone 21-hemisuccinate, 0.5 mL; insulin, 0.5 mL; human recombinant epidermal growth factor, 0.5 mL; transferring, 0.5 mL)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:340px;">Triton X-100</td>
			<td style="width:108px;">Sigma</td>
			<td style="width:119px;">T9284</td>
			<td style="width:336px;">Other manufacturers are ok.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:340px;">Ammonium hydroxide</td>
			<td style="width:108px;">Fischer Scientific</td>
			<td style="width:119px;">A669</td>
			<td style="width:336px;">Other manufacturers are ok.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:340px;">Fresh porcine cadaver tissue</td>
			<td style="width:108px;">n/a</td>
			<td style="width:119px;">n/a</td>
			<td style="width:336px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:340px;">Lyophilizer</td>
			<td style="width:108px;">any</td>
			<td style="width:119px;">n/a</td>
			<td style="width:336px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:340px;">Freezer mill</td>
			<td style="width:108px;">any</td>
			<td style="width:119px;">n/a</td>
			<td style="width:336px;"></td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:340px;">Bioprinter</td>
			<td style="width:108px;">n/a</td>
			<td style="width:119px;">n/a</td>
			<td style="width:336px;">The bioprinter described herein was custom built in-house. In general, other devices are adequate provided they support computer controlled extrusion-based printing of hydrogel materials.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:340px;">Hanging drop cell culture plate</td>
			<td style="width:108px;">InSphero</td>
			<td>CS-06-001</td>
			<td style="width:336px;">InSphero GravityPlus 3D Culture Platform</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

bioprinting cellularized constructs using a tissue-specific hydrogel bioink

Bioprinting has emerged as a versatile biofabrication approach for creating tissue engineered organ constructs. These constructs have potential use as organ replacements for implantation in patients, and also, when created on a smaller size scale as model "organoids" that can be used in in vitro systems for drug and toxicology screening.
Despite development of a wide variety of bioprinting devices, application of bioprinting technology can be limited by the availability of materials that both expedite bioprinting procedures and support cell viability and function by providing tissue-specific cues. Here we describe a versatile hyaluronic acid (HA) and gelatin-based hydrogel system comprised of a multi-crosslinker, 2-stage crosslinking protocol, which can provide tissue specific biochemical signals and mimic the mechanical properties of in vivo tissues. 
Biochemical factors are provided by incorporating tissue-derived extracellular matrix materials, which include potent growth factors. Tissue mechanical properties are controlled combinations of PEG-based crosslinkers with varying molecular weights, geometries (linear or multi-arm), and functional groups to yield extrudable bioinks and final construct shear stiffness values over a wide range (100 Pa to 20 kPa). Using these parameters, hydrogel bioinks were used to bioprint primary liver spheroids in a liver-specific bioink to create in vitro liver constructs with high cell viability and measurable functional albumin and urea output. This methodology provides a general framework that can be adapted for future customization of hydrogels for biofabrication of a wide range of tissue construct types.

Yukarıda açıklanan prosedürler doğru takip edildiğinde, hidrojeller hedef doku tipine özgü bir biyokimyasal profil içermelidir, 20 bioprinting ve nihai elastik modülü, 34 üzerinde kontrol yüksek derecede izin ve doku yapılarında yaşayabilir işlevsel hücreleri destekler. hidrojel Özelleştirme En iyi taklit ana karaciğer, hidrojel bioink karaciğer ECM çözümle...

Watch this Scientific Journal Video about Bioprinting Cellularized Constructs Using a Tissue-specific Hydrogel Bioink at JoVE.com

Bioprinting Cellularized Constructs Using a Tissue-specific Hydrogel Bioink

Bioprinting cellularized dokuya özel Hidrojel Bioink kullanılarak dahil edilmesi

Birlikte işlevsel ve uygun bir 3-D doku yapıları in vitro tarama uygulamalarında kullanılmak üzere bioprinted edilebildiği bir doku taklit hidrojel bioink sağlayan bir protokol kümesi tarif eder.

Bioprinting has emerged as a versatile biofabrication approach for creating tissue engineered organ constructs. These constructs have potential use as ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Synthesis of an Intein-mediated Artificial Protein Hydrogel

Bir Intein aracılı yapay protein Hidrojel sentezi

We present the synthesis of a highly stable protein hydrogel mediated by a split-intein-catalyzed protein trans-splicing reaction. The building blocks of ...

Viability of Bioprinted Cellular Constructs Using a Three Dispenser Cartesian Printer

Üç Verici Kartezyen Yazıcı Kullanımı Bioprinted Hücresel Yapıların Canlılık

Tissue engineering has centralized its focus on the construction of replacements for non-functional or damaged tissue. The utilization of ...

Bioprinting of Cartilage and Skin Tissue Analogs Utilizing a Novel Passive Mixing Unit Technique for Bioink Precellularization

Bioprinting kıkırdak ve cilt doku analogları bir roman pasif birimi teknik Bioink Precellularization için karıştırma kullanmak

Bioprinting is a powerful technique for the rapid and reproducible fabrication of constructs for tissue engineering applications. In this study, both ...

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

3D Hücre Yüklü Pankreas Dokusu Yapıları Baskı için Pankreas Doku Türetilmiş Ekstrasellüler Matrix Bioink

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

Protocols of 3D Bioprinting of Gelatin Methacryloyl Hydrogel Based Bioinks

Jelatin Metacryloyl Hidrojel Bazlı Bioinks 3D Biyobaskı Protokolleri

Gelatin methacryloyl (GelMA) has become a popular biomaterial in the field of bioprinting. The derivation of this material is gelatin, which is hydrolyzed ...

Using Multilayered Hydrogel Bioink in Three-Dimensional Bioprinting for Homogeneous Cell Distribution

Homojen Hücre Dağılımı için Üç Boyutlu Biyobaskıda Çok Katmanlı Hidrojel Bioink'in Kullanılması

During the extrusion-based three-dimensional bioprinting process, liquid-like bioinks with low viscosity can protect cells from membrane damage induced by ...

3D Bioprinting of Murine Cortical Astrocytes for Engineering Neural-Like Tissue

Mühendislik Nöral Benzeri Dokular için Murine Kortikal Astrositlerin 3D Biyobaskı

Astrocytes are glial cells with an essential role in the central nervous system (CNS), including neuronal support and functionality. These cells also ...

Preparation and Characterization of Graphene-Based 3D Biohybrid Hydrogel Bioink for Peripheral Neuroengineering

Periferik Nöromühendislik için Grafen Bazlı 3D Biyohibrid Hidrojel Biyomürekkebin Hazırlanması ve Karakterizasyonu

Peripheral neuropathies can occur as a result of axonal damage, and occasionally due to demyelinating diseases. Peripheral nerve damage is a global ...

Gelatin Methacryloyl Granular Hydrogel Scaffolds: High-throughput Microgel Fabrication, Lyophilization, Chemical Assembly, and 3D Bioprinting

Jelatin Metakriloil Granül Hidrojel İskeleleri: Yüksek Verimli Mikrojel İmalatı, Liyofilizasyon, Kimyasal Montaj ve 3D Biyobaskı

The emergence of granular hydrogel scaffolds (GHS), fabricated via assembling hydrogel microparticles (HMPs), has enabled microporous scaffold formation ...

Phototunable Bioprinted Hydrogels to Probe Cellular Responses to ECM Stiffening

3D Bioprinting Phototunable Hydrogels to Study Fibroblast Activation

Understanding Chronic Lung Diseases Using 3D Printed Phototunable Hydrogels (Video) | JoVE

Fibroblast Aktivasyonunu İncelemek için 3D Biyobaskı Fototable Hidrojeller

Phototunable hydrogels can transform spatially and temporally in response to light exposure. Incorporating these types of biomaterials in cell-culture ...