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

Författarna bekräftar följande finansieringskällor: Magic That Matters Fund för kardiovaskulär forskning och Maryland Stamcellsforskningsfond (2016-MSCRFI-2735).

1. Framställning av kardiomyocyter <ol><li> Generera och odla humana inducerade pluripotenta stamceller (hiPSCs) på plattor med 6 brunnar belagda med basalmembranmatris enligt beskrivning 10 . </li><li> Differensiera hiPSCs till hiPSC-härledda kardiomyocyter (hiPSC-CMs) med användning av tidigare beskrivna metoder 11 , 12 . </li><li> På dag 19 efter differentiering isolerar kardiomyocyterna med 2 ml trypsin / EDTA 0,05% i varje bru...

<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...

Det finns många olika metoder för 3D bioprinting 1 , 2 , 3 . 3D bioprinting klassificeras ofta av tryckteknik 1 , med exempel som bläckstråle bioprinting, biobränsle för mikroekstrudering, laserassisterad bioprinting, en kombination av metoder eller nyare metoder. 3D bioprinting kan också klassificeras i byggnadsfria eller byggnadsberoende metoder 4 . De flesta metoderna för 3D bioprinting är byggnadsberoende, där det finns behov av biomaterial, t ex bioinks 5 eller byggnadsställningar 6 . Stillbildsberoende 3D bioprinting står inför många problem och begränsningar 4 , 7 , såsom immunogenicitet av byggnadsmaterial, kostnaden för proprietära bioinks, långsam hastighet och toxicitet för nedbrytningsprodukter. SCAFVeckfri hjärtvävnadsteknik med användning av sfäroider har försökt 8 , med potential att övervinna dessa nackdelar med byggnadsberoende vävnadsteknik. Men som bekräftat av författarna i det här papperet hade det varit svårt att hantera och positionera sfäroider på fasta platser, i processen med biofabricering. Den samtidiga användningen av 3D bioprinting och sfäroidbaserad vävnadsteknik har potential att övervinna dessa svårigheter. I detta protokoll beskriver vi 3D bioprinting av hjärtvävnad utan andra biomaterial, med endast celler i form av sfäroider. Byggnadsfria sfäroidbaserade 3D bioprinter 9 har förmågan att plocka upp enskilda sfäroider med vakuumsugning och placera dem på en nålställning. Begreppet positionering sfäroider på en nålställning i 3D bioprinting, är inspirerad av användningen av nålarrayer (känd som &quot; kenzan &quot;) i den gamla JapaNese konst av blomsterarrangemang, ikebana. Detta system gör att sfäroiderna kan placeras exakt i någon konfiguration och resulterar i att de individuella sfäroiderna smälter samman under en kort period för att skapa en 3D bioprintad vävnad. Denna metod möjliggör sålunda sfäroider att manipuleras med lätthet, med potentiella konsekvenser för framtiden för byggnadsfri organ biofabricering.

<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

Detta protokoll beskriver 3D bioprinting av hjärtvävnad utan användning av biomaterial, med användning av endast celler. Kardiomyocyter, endotelceller och fibroblaster isoleras först, räknas och blandas vid önskade cellförhållanden. De odlas i enskilda brunnar i 96-brunnsplattor med ultra låga egenskaper. Inom 3 dagar, formar sfäroider form. Dessa sfäroider plockas sedan upp av ett munstycke med vakuumsugning och monteras på en nålmatris med en 3D bioprinter. Sfäroiderna får sedan smälta på nålstället. Tre dagar efter 3D bioprinting avlägsnas sfäroiderna som en intakt lapp, som redan spontant slår. 3D bioprintade hjärtfläckar uppvisar mekanisk integration av komponent sfäroider och är mycket lovande vid hjärtvävnadsregenerering och som 3D-modeller av hjärtsjukdom.

Vid slutet av steg 4.4 (samkultur) borde cellerna i varje brunn sammantaget i botten av de ultra-låga bifogade 96-brunnars U-bottenplattorna för att bilda sfäroider genom gravitation. Dessa sfäroider innehåller hiPSC-CM, HCF och HUVEC, och kan inspekteras visuellt under ljusmikroskopi, där de ska visas cirkulära genom tvådimensionell projicering ( Figur 1 ). I slutet av steg 6.3 ska 3D-bioprintad hjärtplåster innehålla vävnadshåligheter på grun...

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

Detta protokoll beskriver 3D bioprinting av hjärtvävnad utan användning av biomaterial. 3D bioprintade hjärtfläckar uppvisar mekanisk integration av komponent sfäroider och är mycket lovande vid hjärtvävnadsregenerering och som 3D-modeller av hjärtsjukdom.

Skapande av hjärtvävnad som visar mekanisk integration av sfäroider med 3D bioprinting

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 Litografi Surface Mönstring för att skapa Cell Networks

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

Bioprinting Cellularized Constructs Using a Tissue-specific Hydrogel Bioink

Bioprinting Cellularized Konstrukt användning av en vävnadsspecifik 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 av brosk och hud vävnad analoger utnyttja en roman passiv enhet blandningsteknik för 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

En netto mögel-baserade metod byggnadsställning-fri tredimensionella hjärtvävnad skapelsens

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

Protokoll för 3D Bioprinning av gelatin Methacryloyl hydrogel baserade 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

Direkt bioprintning av 3D multicellulära bröstsfäroider till endotelnätverk

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

Tillverkning av 3D Cardiac Microtissue Arrays med mänskliga iPSC-härledda kardiomyocyter, hjärtfibblaster och endotelceller

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

Utveckla 3D organiserad mänsklig hjärtvävnad inom en mikrofluidisk 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 av Murine Cortical Astrocytes för engineering neural-liknande vävnad

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