Name: creation of cardiac tissue exhibiting mechanical integration of spheroids using 3d bioprinting
Uploaded: 2017-07-02T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Creation of Cardiac Tissue Exhibiting Mechanical Integration of Spheroids Using 3D Bioprinting at JoVE.com

Die Autoren erkennen die folgenden Finanzierungsquellen an: Magic That Matters Fund for Cardiovascular Research und der Maryland Stem Cell Research Fund (2016-MSCRFI-2735).

1. Vorbereitung der Kardiomyozyten <ol><li> Generieren und kultivieren menschlich induzierte pluripotenten Stammzellen (hiPSCs) auf 6-Well-Platten, die mit der Basalmembranmatrix beschichtet sind, wie beschrieben 10 . </li><li> Unterscheiden Sie hiPSCs in hiPSC-abgeleitete Kardiomyozyten (hiPSC-CMs) unter Verwendung der zuvor beschriebenen Methoden 11 , 12 . </li><li> Am Tag 19 nach der Differenzierung, isolieren Sie die Kardiomyozyten ...

<ol>
	<li>Murphy, S. V., Atala, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+bioprinting+of+tissues+and+organs.">3D bioprinting of tissues and organs.</a> Nat Biotech. 32, 773-785 (2014).</li><li>Bajaj, P., Schweller, R. M., Khademhosseini, A., West, J. L., Bashir, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+biofabrication+strategies+for+tissue+engineering+and+regenerative+medicine.">3D biofabrication strategies for tissue engineering and regenerative medicine.</a> Ann Rev Biomed Eng. 16, 247-276 (2014).</li><li>Patra, S., Young, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Review+of+3D+Printing+Techniques+and+the+Future+in+Biofabrication+of+Bioprinted+Tissue.">A Review of 3D Printing Techniques and the Future in Biofabrication of Bioprinted Tissue.</a> Cell Biochem Biophy. 74, 93-98 (2016).</li><li>Moldovan, N. I., Hibino, N., Nakayama, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Principles+of+the+Kenzan+Method+for+Robotic+Cell+Spheroid-Based+Three-Dimensional+Bioprinting.">Principles of the Kenzan Method for Robotic Cell Spheroid-Based Three-Dimensional Bioprinting.</a> Tissue Eng Part B Rev. , (2017).</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>Murphy, C. M., Haugh, M. G., O'Brien, F. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+mean+pore+size+on+cell+attachment,+proliferation+and+migration+in+collagen-glycosaminoglycan+scaffolds+for+bone+tissue+engineering.">The effect of mean pore size on cell attachment, proliferation and migration in collagen-glycosaminoglycan scaffolds for bone tissue engineering.</a> Biomater. 31, 461-466 (2010).</li><li>Noguchi, R., 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+three-dimensional+pre-vascularized+scaffold-free+contractile+cardiac+patch+for+treating+heart+disease.">Development of a three-dimensional pre-vascularized scaffold-free contractile cardiac patch for treating heart disease.</a> J Heart Lung Transpl. 35, 137-145 (2016).</li><li>Mironov, V., 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=Organ+printing:+tissue+spheroids+as+building+blocks.">Organ printing: tissue spheroids as building blocks.</a> Biomater. 30, 2164-2174 (2009).</li><li>Itoh, M., 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=Scaffold-Free+Tubular+Tissues+Created+by+a+Bio-3D+Printer+Undergo+Remodeling+and+Endothelialization+when+Implanted+in+Rat+Aortae.">Scaffold-Free Tubular Tissues Created by a Bio-3D Printer Undergo Remodeling and Endothelialization when Implanted in Rat Aortae.</a> PloS One. 10, e0136681 (2015).</li><li>Lieu, P. T., Fontes, A., Vemuri, M. C., Macarthur, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generation+of+induced+pluripotent+stem+cells+with+CytoTune,+a+non-integrating+Sendai+virus.">Generation of induced pluripotent stem cells with CytoTune, a non-integrating Sendai virus.</a> Methods Mol Biol. 997, 45-56 (2013).</li><li>Li, S., Cheng, H., Tomaselli, G. F., Li, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanistic+basis+of+excitation-contraction+coupling+in+human+pluripotent+stem+cell-derived+ventricular+cardiomyocytes+revealed+by+Ca2++spark+characteristics:+direct+evidence+of+functional+Ca2+-induced+Ca2++release.">Mechanistic basis of excitation-contraction coupling in human pluripotent stem cell-derived ventricular cardiomyocytes revealed by Ca2+ spark characteristics: direct evidence of functional Ca2+-induced Ca2+ release.</a> Heart Rhythm. 11, 133-140 (2014).</li><li>Boheler, K. R., 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=A+Human+Pluripotent+Stem+Cell+Surface+N-Glycoproteome+Resource+Reveals+Markers,+Extracellular+Epitopes,+and+Drug+Targets.">A Human Pluripotent Stem Cell Surface N-Glycoproteome Resource Reveals Markers, Extracellular Epitopes, and Drug Targets.</a> Stem Cell Rep. 3, 185-203 (2014).</li><li>ScienCell Research Laboratories. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Human Cardiac Fibroblasts (adult ventricular) Product Sheet. , (2017).</li><li>Lonza Walkersville, Inc. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Endothelial Cell Systems - Technical Information &amp; Instructions.,. , (2015).</li><li>Thermo Fisher Scientific, Inc. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Immunofluorescence Method for IHC Detection. , (2017).</li><li>Murata, D., 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=A+preliminary+study+of+osteochondral+regeneration+using+a+scaffold-free+three-dimensional+construct+of+porcine+adipose+tissue-derived+mesenchymal+stem+cells.">A preliminary study of osteochondral regeneration using a scaffold-free three-dimensional construct of porcine adipose tissue-derived mesenchymal stem cells.</a> J Orthop Surg Res. 10, (2015).</li><li>Mosadegh, B., Xiong, G., Dunham, S., Min, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+progress+in+3D+printing+for+cardiovascular+tissue+engineering.">Current progress in 3D printing for cardiovascular tissue engineering.</a> Biomed Mater. 10, 034002 (2015).</li><li>Chang, C. C., Boland, E. D., Williams, S. K., Hoying, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct-write+Bioprinting+Three-Dimensional+Biohybrid+Systems+for+Future+Regenerative+Therapies.">Direct-write Bioprinting Three-Dimensional Biohybrid Systems for Future Regenerative Therapies.</a> J Biomed Mater Res. Part B, Appl Biomater. 98, 160-170 (2011).</li><li>Lee, J. M., Sing, S. L., Tan, E. Y. S., Yeong, W. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioprinting+in+cardiovascular+tissue+engineering:+a+review.">Bioprinting in cardiovascular tissue engineering: a review.</a> International J Bioprinting. 2 (2016), (2016).</li></ol>

It is important to use beating, functional spheroids for 3D bioprinting. If spheroids are not beating, continuing to use them will invariably result in a non-functional 3D bioprinted patch.
One benefit of this approach is the ability to manipulate the cell content of the patch by varying the total number of cells and the percentage of cardiomyocytes, endothelial cells, and fibroblasts in the spheroids. This allows for many different types of cardiac patches to be printed, with varying histolog...

Es gibt viele verschiedene Methoden der 3D-Bioprinting 1 , 2 , 3 . Das 3D-Bioprinting wird häufig durch die Drucktechnologie 1 klassifiziert, mit Beispielen wie Inkjet-Bioprinting, Microextrusion Bioprinting, laserunterstütztes Bioprinting, einer Kombination von Methoden oder neueren Ansätzen. 3D-Bioprinting kann auch in Gerüst- oder Gerüst-abhängige Methoden eingeteilt werden 4 . Die meisten Methoden des 3D-Bioprintings sind gerüstabhängig, wo Biomaterialien erforderlich sind, zB Bioinks 5 oder Gerüste 6 . Allerdings ist das Gerüst-abhängige 3D-Bioprinting viele Probleme und Einschränkungen 4 , 7 , wie Immunogenität von Gerüstmaterial, Kosten für proprietäre Bioinks, langsame Geschwindigkeit und Toxizität von Abbauprodukten. ScafFachfreies Herzgewebe-Engineering mit Sphäroiden wurde versucht 8 , mit dem Potenzial, diese Nachteile der Gerüst-abhängigen Tissue Engineering zu überwinden. Jedoch, wie von den Autoren in diesem Papier anerkannt, war es schwierig, robuste Griff und Position Sphäroiden an festen Standorten, in den Prozess der Biofabrikation. Die gleichzeitige Nutzung von 3D-Bioprinting und Sphäroid-basierten Tissue Engineering hat das Potenzial, diese Schwierigkeiten zu überwinden. In diesem Protokoll beschreiben wir das 3D-Bioprinting von Herzgewebe ohne andere Biomaterialien, wobei nur Zellen in Form von Sphäroiden verwendet werden. Gerüstfreie Sphäroid-basierte 3D-Bioprinter 9 haben die Möglichkeit, einzelne Sphäroide mit Vakuumsaugung aufzuheben und auf einem Nadel-Array zu positionieren. Das Konzept der Positionierung von Sphäroiden auf einem Nadel-Array in 3D-Bioprinting, ist inspiriert von der Verwendung von Nadel-Arrays (bekannt als &quot; Kenzan &quot;) in der alten JapaNese kunst der blumenanordnung , ikebana. Dieses System ermöglicht die präzise Positionierung von Sphäroiden in beliebiger Konfiguration und führt dazu, dass die einzelnen Sphäroide über einen kurzen Zeitraum zusammenschmelzen, um ein 3D-Bioprints-Gewebe zu erzeugen. Diese Methode ermöglicht es, dass Sphäroide mit Leichtigkeit manipuliert werden können, mit potenziellen Implikationen für die Zukunft der gerüstfreien Orgel-Biofabrikation.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="587">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:176px;">Geltrex</td>
			<td style="width:157px;">Invitrogen&#160;</td>
			<td style="width:88px;">A1413202</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:176px;">Trypsin/EDTA 0.05%</td>
			<td style="width:157px;">Thermo Fisher</td>
			<td style="width:88px;">15400054</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:176px;">Defined Trypsin inhibitor 0.0125%</td>
			<td style="width:157px;">Thermo Fisher</td>
			<td style="width:88px;">R007100</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="65">
			<td height="65" style="height:65px;width:176px;">RPMI Cell Media</td>
			<td style="width:157px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:88px;">11875-093</td>
			<td style="width:167px;">RPMI supplemented with B27 constitutes HIPSC-CM culture media</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:176px;">B-27 Supplement</td>
			<td style="width:157px;">Thermo Fisher</td>
			<td style="width:88px;">17504044</td>
			<td style="width:167px;">RPMI supplemented with B27 constitutes HIPSC-CM culture media</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:176px;">Countess Automated Cell Counter</td>
			<td style="width:157px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:88px;">C10227</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:176px;">Human cardiac fibroblasts (adult ventricular type)</td>
			<td style="width:157px;">Sciencell</td>
			<td style="width:88px;">6310</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:176px;">Human umbilical vein endothelial cells</td>
			<td style="width:157px;">Lonza</td>
			<td style="width:88px;">CC-2935</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:176px;">PrimeSurface ultra-low attachment 96-well U-bottom plates&#160;</td>
			<td style="width:157px;">Akita Sumitomo Bakelite Co.</td>
			<td style="width:88px;">MS-9096UZ</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:176px;">Regenova Bio 3D Printer</td>
			<td style="width:157px;">Cyfuse Biomedical K.K.</td>
			<td style="width:88px;">N/A</td>
			<td>www.cyfusebio.com/en/</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Trypan Blue Solution, 0.4%</td>
			<td style="width:157px;">Thermo Fisher</td>
			<td style="width:88px;">15250061</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:176px;">Troponin T Antibody</td>
			<td style="width:157px;">Thermo Fisher</td>
			<td style="width:88px;">701620</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:176px;">Connexin 43 (Cx43) Antibody</td>
			<td style="width:157px;">Chemicon</td>
			<td>MAB3068</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:176px;">ProLong Gold Antifade Mountant with DAPI</td>
			<td style="width:157px;">Thermo Fisher</td>
			<td style="width:88px;">P36935</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

creation of cardiac tissue exhibiting mechanical integration of spheroids using 3d bioprinting

Dieses Protokoll beschreibt das 3D-Bioprinting von Herzgewebe ohne den Einsatz von Biomaterialien, wobei nur Zellen verwendet werden. Kardiomyozyten, Endothelzellen und Fibroblasten werden zuerst isoliert, gezählt und bei gewünschten Zellverhältnissen gemischt. Sie werden in einzelnen Brunnen in ultra-niedrigen Befestigung 96-Well-Platten co-kultiviert. Innerhalb von 3 Tagen, schlagen Sphärenoiden bilden. Diese Sphäroide werden dann durch eine Düse mit Vakuumsaugung aufgenommen und auf einer Nadelanordnung unter Verwendung eines 3D-Bioprinter aufgebaut. Die Sphäroide dürfen dann auf dem Nadel-Array verschmelzen. Drei Tage nach dem 3D-Bioprinting werden die Sphäroide als intaktes Patch entfernt, das schon spontan schlägt. 3D-Bioprints-Herz-Patches zeigen mechanische Integration von Komponenten-Sphäroiden und sind vielversprechend bei der Herz-Gewebe-Regeneration und als 3D-Modelle von Herzerkrankungen.

Am Ende von Schritt 4.4 (Co-Kultur) sollten die Zellen in jeder Vertiefung am Boden der Ultra-Low-Attachment-96-Well-U-Bodenplatten aggregieren, um Sphäroide durch Schwerkraft zu bilden. Diese Sphäroide enthalten hiPSC-CM, HCFs und HUVECs und können unter Lichtmikroskopie visuell untersucht werden, wo sie durch zweidimensionale Projektion kreisförmig erscheinen sollen ( Abbildung 1 ). Am Ende von Schritt 6.3 sollte das 3D-Bioprints-Herz-Patch Gewebe-Hohl...

Watch this Scientific Journal Video about Creation of Cardiac Tissue Exhibiting Mechanical Integration of Spheroids Using 3D Bioprinting at JoVE.com

Creation of Cardiac Tissue Exhibiting Mechanical Integration of Spheroids Using 3D Bioprinting

Dieses Protokoll beschreibt das 3D-Bioprinting von Herzgewebe ohne den Einsatz von Biomaterialien. 3D-Bioprints-Herz-Patches zeigen mechanische Integration von Komponenten-Sphäroiden und sind vielversprechend bei der Herz-Gewebe-Regeneration und als 3D-Modelle von Herzerkrankungen.

Schaffung von Herzgewebe, die mechanische Integration von Sphäroiden mit 3D-Bioprinting ermöglicht

This protocol describes 3D bioprinting of cardiac tissue without the use of biomaterials, using only cells. Cardiomyocytes, endothelial cells and ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Plasma Lithography Surface Patterning for Creation of Cell Networks

Plasma Lithography Oberflächenstrukturierung für die Erzeugung von Cell Networks

Systematic manipulation of a cell microenvironment with micro- and nanoscale resolution is often required for deciphering various cellular and molecular ...

Forschung

Biotechnik

Bioprinting Cellularized Constructs Using a Tissue-specific Hydrogel Bioink

Bioprinting cellularized Konstruiert unter Verwendung eines gewebespezifischen Hydrogel Bioink

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

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

Bioprinting von Knorpel und Haut-Gewebe-Analoga nutzen eine neuartige Passive Einheit Mischtechnik für Bioink Precellularization

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

A Net Mold-based Method of Scaffold-free Three-Dimensional Cardiac Tissue Creation

Eine Net Schimmel basierende Methode der dreidimensionalen Gerüst-freie Herzgewebe Schöpfung

This protocol describes a novel and easy net mold-based method to create three-dimensional (3-D) cardiac tissues without additional scaffold material. ...

Protocols of 3D Bioprinting of Gelatin Methacryloyl Hydrogel Based Bioinks

Protokolle des 3D-Bioprintings von Gelatine Methacryloyl Hydrogel-basierten Bioinks

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

Direct Bioprinting of 3D Multicellular Breast Spheroids onto Endothelial Networks

Direkter Bioprinting von 3D Multizellulären Brustsphäroiden auf Endotheliale Netzwerke

Bioprinting is emerging as a promising tool to fabricate 3D human cancer models that better recapitulate critical hallmarks of in vivo tissue ...

Fabrication of 3D Cardiac Microtissue Arrays using Human iPSC-Derived Cardiomyocytes, Cardiac Fibroblasts, and Endothelial Cells

Herstellung von 3D-Cardiac Microtissue Arrays unter Verwendung von humanen iPSC-abgeleiteten Kardiomyozyten, kardialen Fibroblasten und Endothelzellen

Generation of human cardiomyocytes (CMs), cardiac fibroblasts (CFs), and endothelial cells (ECs) from induced pluripotent stem cells (iPSCs) has provided ...

Developing 3D Organized Human Cardiac Tissue within a Microfluidic Platform

Entwicklung von 3D-organisiertem menschlichem Herzgewebe innerhalb einer mikrofluidischen Plattform

The leading cause of death worldwide persists as cardiovascular disease (CVD). However, modeling the physiological and biological complexity of the heart ...

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

3D-Bioprinting von murinen kortikalen Astrozyten für die Entwicklung von neuralähnlichem Gewebe

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