Name: microfluidic bioprinting for engineering vascularized tissues and organoids
Uploaded: 2017-08-11T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Microfluidic Bioprinting for Engineering Vascularized Tissues and Organoids at JoVE.com

Forfatterne anerkende National Cancer Institute af den nationale institutter sundhed vej til uafhængighed Award (K99CA201603).

Neonatal rotte cardiomyocytes anvendes i denne protokol blev isoleret fra 2 dage gamle Sprague-Dawley rotter efter en veletableret procedure56 godkendt af institutionelle Animal Care og brug Udvalget på Brigham and Women's Hospital.
1. instrumentering af Bioprinter
<ol>
	<li>Indsætte en mindre stumpt nål (f.eks., 27 G, 1 tomme) som kernen i centrum af en større stump nål (f.eks., 18 G, ½ tomme) som kappe at konstruere dual-layer, koncentriske m...

Opførelsen af co-axial printhovedet er et kritisk skridt mod vellykket mikrofluid bioprinting at tillade samtidige levering af både bioink fra kernen og crosslinking agenten fra kappe. Mens i denne protokol et eksempel printhovedet blev oprettet ved hjælp af en 27G nål som kernen og en 18G nåle som shell, kan den let udvides til en række forskellige kombinationer med forskellige størrelser af nåle. Men ændringen i nål størrelser, hvilket resulterer i ændring i mængden af strøm leveret i hver fase, vil kræv...

Tissue engineering mål at skabe funktionelle væv erstatninger, der kan bruges til at udskifte, genoprette eller forøge de tilskadekomne eller syge i den menneskelige krop1,2,3,4, ofte gennem en kombination af ønskede celletyper, bioaktive molekyler5,6, og biomaterialer7,8,9,10. Mere nylig, tissue engineering teknologier er også i stigende grad vedtaget for at generere in vitro- væv og orgel modeller, der efterligner de vigtige funktioner i deres i vivo modparter, til applikationer såsom udvikling af lægemidler, i stedet for de konventionelle forenklede planar celle kulturer11,12,13,14,15,16,17,18,19. I begge situationer, evne til at sammenfatte de komplekse mikroarkitektur og hierarkisk struktur af de humane væv er kritisk i at aktivere funktionaliteten af manipuleret væv10, og navnlig, måder at integrere en vaskulære netværk i manipuleret væv efterspørgslen siden vascularization præsenterer en af de største udfordringer til felt20,21,22,23.
Til dato, en række forskellige metoder er blevet udviklet i denne henseende i et forsøg på at opbygge strukturer, blodkar i manipuleret væv konstruktioner med forskellige grader af succes8. For eksempel, samlesæt i endothelial celler giver mulighed for generation af mikrovaskulære netværk24; levering af angiogene vækstfaktorer inducerer vedvarende neovascularization25,26; Brug af vaskulære stamceller og pericytes letter endotel cellevækst og forsamling24,27; designe stillads egenskaber giver præcise graduering af vascularization28,29; og celle ark teknologi giver mulighed for bekvem manipulation af vaskulære lagdeling30. Disse strategier dog ikke begave evne til at kontrollere den rumlige mønstre af Vaskulaturen, ofte fører til tilfældige fordeling af blod fartøjer inden for en manipuleret væv konstruere og dermed begrænsede reproducerbarhed. I løbet af de sidste par år opstået bioprinting som en klasse af teknologier til løsning af sådan en udfordring på grund af deres enestående alsidighed af deponeringen komplekse væv mønstre på high fidelity og reproducerbarhed i en automatiseret eller semi-automatiseret måde31,32,33. Hellige bioprinting34,35,36,37,38, integrerede bioprinting39,40,41, og hule struktur bioprinting/biofabrication42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53 har alle udvist gennemførligheden af generering af vaskulær eller vaskulariserede væv.
Alternativt, en mikrofluid bioprinting strategi at fabrikere microfibrous stilladser har udviklet for nylig, hvor en hybrid bioink sammensat af natriumalginat og gelatine methacryloyl (GelMA) blev leveret gennem kernen i en koncentrisk printhoved og en calciumchlorid (CaCl2) løsning blev gennemført den ydre kappe flow af printhovedet54,55. Co ekstrudering af de to strømme tilladt for umiddelbare fysiske crosslinking af komponenten calciumalginat til aktiverer microfiber dannelse, mens efterfølgende photocrosslinking sikres permanent stabilisering af flere lag microfibrous stillads. Af note fandtes endotelceller indkapslet i bioprinted mikrofibre til at formere sig og vandrer mod periferier af mikrofibre antager lumen-lignende strukturer, der efterlignede de vaskulære bed54,55. Disse bioprinted, endothelialized vaskulære senge kunne være senere befolket med ønskede sekundære celletyper til yderligere konstruere vaskulariserede væv55. Denne protokol giver således en detaljeret procedure for sådan en mikrofluid bioprinting strategi aktiveret tilsigtet koncentriske dyse, som sikrer bekvem fabrikation af vaskulariserede væv for potentielle anvendelser i både vævsmanipulering og organoid modellering.

<table width="1270">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="width:467px;height:21px;">Alginic acid sodium salt from brown algae</td>
			<td style="width:160px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:163px;">A0682</td>
			<td style="width:480px;">BioReagent, plant cell culture tested, low viscosity, powder</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="width:467px;height:21px;">Gelatin type A from porcine skin</td>
			<td style="width:160px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:163px;">G2500</td>
			<td>Gel strength 300</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="width:467px;height:42px;">Irgacure 2959 (2-Hydroxy-4&#39;-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone)</td>
			<td style="width:160px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:163px;">410896</td>
			<td>98%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="width:467px;height:21px;">HEPES buffer</td>
			<td style="width:160px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:163px;">H0887</td>
			<td>1 M, pH 7.0-7.6, sterile-filtered, BioReagent, suitable for cell culture</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="width:467px;height:42px;">Fetal bovine serum&#160;</td>
			<td style="width:160px;">Thermo Fisher Scientific</td>
			<td style="width:163px;">10438026</td>
			<td>Qualified, heat-inactivated, USDA-approved regions</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="width:467px;height:21px;">Calcium chloride dihydrate</td>
			<td style="width:160px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:163px;">C5080</td>
			<td>BioXtra, &#8805;99.0%</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="width:467px;height:42px;">Phosphate buffered saline</td>
			<td style="width:160px;">Thermo Fisher Scientific</td>
			<td style="width:163px;">10010023</td>
			<td>pH 7.4</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="width:467px;height:21px;">Human umbilical vein endothelial cells</td>
			<td style="width:160px;">Angio-Proteomie</td>
			<td style="width:163px;">cAP-0001</td>
			<td>Human Umbilical Vein Endothelial Cells (HUVECs)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="width:467px;height:21px;">GFP-expressing human umbilical vein endothelial cells</td>
			<td style="width:160px;">Angio-Proteomie</td>
			<td style="width:163px;">cAP-0001GFP</td>
			<td>GFP-Expressing Human Umbilical Vein Endothelial Cells (GFPHUVECs)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="width:467px;height:21px;">Endothelial cell growth medium</td>
			<td style="width:160px;">Lonza</td>
			<td style="width:163px;">CC-3162</td>
			<td>EGM-2 BulletKit</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="width:467px;height:42px;">Dulbecco&#8217;s Modified Eagle Medium&#160;</td>
			<td style="width:160px;">Thermo Fisher Scientific</td>
			<td style="width:163px;">12430054</td>
			<td>High glucose, HEPES</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="width:467px;height:42px;">Sylgard 184 silicone elastomer kit</td>
			<td style="width:160px;">Ellsworth Adhesives</td>
			<td style="width:163px;">184 SIL ELAST KIT 0.5KG</td>
			<td>Clear 0.5 kg Kit</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="width:467px;height:21px;">UV curing lamp system</td>
			<td style="width:160px;">Excelitas Technologies</td>
			<td style="width:163px;">OmniCure S2000</td>
			<td>Spot UV Light Curing System with Intelligent UV Sensor</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

microfluidic bioprinting for engineering vascularized tissues and organoids

Engineering vaskulariserede væv konstruktioner og organoids har været historisk udfordrende. Her beskriver vi en roman metode baseret på mikrofluid bioprinting til at generere et stillads med flerlaget interlacing hydrogel mikrofibre. For at opnå glat var bioprinting, en kerne-kappe mikrofluid printhovedet med en composite bioink formulering ekstruderet fra core flow og den crosslinking løsning udført af kappe flow, designet og monteres på bioprinter. Ved at blande gelatine methacryloyl (GelMA) med natriumalginat, en polysaccharid, der undergår øjeblikkelig ionisk crosslinking i Vælg divalent ioner, efterfulgt af en sekundær photocrosslinking i komponenten GelMA at opnå permanent stabilisering, en microfibrous stillads kunne være opnået ved hjælp af denne bioprinting strategi. Vigtigere, kan endotelceller indkapslet inde bioprinted mikrofibre danne lumen-lignende strukturer, der ligner Vaskulaturen i løbet af kultur i 16 dage. Endothelialized microfibrous stillads kan bruges yderligere som en vaskulær seng til at konstruere en vaskulariserede væv gennem efterfølgende såning af typen secondary celle i det interstitielle rum af af mikrofibre. Mikrofluid bioprinting giver en generel strategi i praktisk engineering af vaskulariserede væv på high fidelity.

Mikrofluid bioprinting strategi giver mulighed for direkte ekstrudering bioprinting af microfibrous stilladser med lav viskositet bioinks54,55. Som illustreret i figur 2A, et stillads med en størrelse på 6 × 6 × 6 mm3 indeholdende &#62; 30 lag af mikrofibre kunne være bioprinted i 10 min. Den umiddelbare ionisk crosslinking af komponenten calciumalginat med CaCl2<...

Watch this Scientific Journal Video about Microfluidic Bioprinting for Engineering Vascularized Tissues and Organoids at JoVE.com

Microfluidic Bioprinting for Engineering Vascularized Tissues and Organoids

Vi leverer en generaliseret protokol baseret på en mikrofluid bioprinting strategi for engineering en microfibrous vaskulære seng, hvor en secondary celletype kunne blive yderligere seedede i det interstitielle rum af denne microfibrous struktur til at generere vaskulariserede væv og organoids.

Mikrofluid Bioprinting for Engineering vaskulariserede væv og Organoids

Engineering vascularized tissue constructs and organoids has been historically challenging. Here we describe a novel method based on microfluidic ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Engineering Skeletal Muscle Tissues from Murine Myoblast Progenitor Cells and Application of Electrical Stimulation

Engineering skeletmuskel Væv fra murine myoblast progenitorceller og anvendelse af elektrisk stimulering

Engineered muscle tissues can be used for several different purposes, which include the production of tissues for use as a disease model in vitro, e.g. to ...

Electrospun Fibrous Scaffolds of Poly(glycerol-dodecanedioate) for Engineering Neural Tissues From Mouse Embryonic Stem Cells

Electrospun Fibrous Scaffolds of Polyglycerol-dodecanedioate for Engineering Neural Tissues From Mouse Embryonic Stem Cells

Electrospun Fiber Stilladser af poly (glycerol-dodecanedioate) for Engineering Neural væv fra mus embryonale stamceller

For tissue engineering applications, the preparation of biodegradable and biocompatible scaffolds is the most desirable but challenging task. &#160;Among ...

Engineering Three-dimensional Epithelial Tissues Embedded within Extracellular Matrix

Engineering Tredimensionale epitelvæv indlejret i ekstracellulær matrix

The architecture of branched organs such as the lungs, kidneys, and mammary glands arises through the developmental process of branching morphogenesis, ...

Microfluidic Buffer Exchange for Interference-free Micro/Nanoparticle Cell Engineering

Mikrofluid Buffer Exchange til Interferensfri Micro / Nanopartikel Cell Engineering

Engineering cells with active-ingredient-loaded micro/nanoparticles (NPs) is becoming an increasingly popular method to enhance native therapeutic ...

Automated Robotic Dispensing Technique for Surface Guidance and Bioprinting of Cells

Automatiseret Robotic Udlevering Teknik for Surface Udviklings- og Bioprinting Celler

This manuscript describes the introduction of cell guidance features followed by the direct delivery of cells to these features in a hydrogel bioink using ...

The Arteriovenous (AV) Loop in a Small Animal Model to Study Angiogenesis and Vascularized Tissue Engineering

The Arteriovenous AV Loop in a Small Animal Model to Study Angiogenesis and Vascularized Tissue Engineering

Den arteriovenøse (AV) Loop i en lille Animal Model at studere angiogenese og vaskulariseret Tissue Engineering

A functional blood vessel network is a prerequisite for the survival and growth of almost all tissues and organs in the human body. Moreover, in ...

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

Bioprinting af brusk og huden væv analoger udnytter en roman passiv blanding enhed teknik for Bioink Precellularization

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

Two Methods for Decellularization of Plant Tissues for Tissue Engineering Applications

To metoder til Decellularization af plantevæv til Tissue Engineering applikationer

The autologous, synthetic, and animal-derived grafts currently used as scaffolds for tissue replacement have limitations due to low availability, poor ...

Microfluidic Model to Mimic Initial Event of Neovascularization

Mikrofluidisk model til at efterligne indledende hændelse af Neovascularization

Neovascularization is usually initialized from an existing normal vasculature and the biomechanical microenvironment of endothelial cells (ECs) in the ...

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

3D Bioprinting af Murine Kortikale Astrocytter til Engineering Neural-lignende Væv

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