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

De auteurs erkennen het National Cancer Institute van de nationale instituten van gezondheid weg naar Independence Award (K99CA201603).

De neonatale rat cardiomyocytes gebruikt in dit protocol werden geïsoleerd uit 2-dagen oude Sprague-Dawley ratten na een gevestigde procedure56 goedgekeurd door het institutionele Animal Care en gebruik Comité bij de Brigham and Women's Hospital.
1. de instrumentatie van het Bioprinter
<ol>
	<li>Invoegen van een kleinere botte naald (bv, 27 G, 1 inch) als de kern in het midden van een grotere botte naald (bijvoorbeeld, 18 G, ½ inch) als de schede ...

Bouw van de co-axiale printkop vertegenwoordigt een kritieke stap richting succesvolle microfluidic bioprinting te maken voor de gelijktijdige levering van zowel de bioink van de kern en het crosslinking agent uit de schede. Terwijl dit protocol een voorbeeld van de printkop met een 27G naald als de kern en een naald 18G als de shell gemaakt is, kan het gemakkelijk worden uitgebreid tot een verscheidenheid van combinaties met verschillende maten van naalden. De wijziging in de maten van de naald, die resultaten in de ver...

Tissue engineering doelen voor het genereren van functionele weefsel vervangers die kunnen worden gebruikt om te vervangen, herstellen of uitbreiden van de gewonde of zieke in het menselijk lichaam1,2,3,4, vaak door een combinatie van gewenste celtypes, biologische actieve moleculen5,6en biomaterialen7,,8,,9,10. Meer onlangs, tissue engineering technologieën hebben ook steeds meer aangenomen voor het genereren van in vitro weefsel- en orgaanbanken modellen die na te bootsen van de belangrijke functies van hun in-vivo tegenhangers, voor toepassingen zoals Geneesmiddelenontwikkeling, ter vervanging van de conventionele simplistische vlakke cel culturen11,12,13,14,15,16,17,18,19. In beide gevallen de mogelijkheid om te recapituleren de complexe-microarchitectuur en de hiërarchische structuur van de menselijke weefsels is cruciaal voor het inschakelen van de functionaliteit van de gemodificeerde weefsels10, en in het bijzonder manieren om een vasculaire netwerk integreren de gemodificeerde weefsels zijn vraag aangezien vascularisatie een van de grootste uitdagingen voor de veld20,21,22,23 presenteert.
Tot op heden, een aantal verschillende benaderingen zijn ontwikkeld in dit opzicht in een poging om te bouwen van bloedvat structuren in gemanipuleerde weefsel constructies met verschillende graden van succes8. Bijvoorbeeld, zorgt zelf-assemblage van endotheliale cellen voor generatie van microvasculaire netwerken24; levering van angiogenic groeifactoren induceert aanhoudende neovascularization25,26; gebruik van vasculaire voorlopercellen en pericytes vergemakkelijkt endothelial celgroei en vergadering24,27; ontwerpen van steiger eigenschappen maakt nauwkeurige modulatie van vascularisatie28,29; en celtechnologie blad zorgt voor gemakkelijke manipulatie van vasculaire gelaagdheid30. Deze strategieën doen echter niet de mogelijkheid van beheersing van de ruimtelijke patronen van de therapieën, vaak leidt tot willekeurige distributie van bloedvaten binnen een gemanipuleerde weefsel construct en dus beperkt reproduceerbaarheid begiftigen. Tijdens de afgelopen jaren heeft bioprinting ontpopt als een klasse van basistechnologieën naar de oplossing van dergelijke een uitdaging, als gevolg van hun ongekende veelzijdigheid van het neerleggen van complexe weefsel patronen op HiFi en reproduceerbaarheid in een automatische of semi-geautomatiseerde wijze31,32,33. Offer bioprinting34,35,,36,,37,38, ingesloten bioprinting39,40,41, en holle structuur bioprinting/biofabrication42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53 hebben al aangetoond dat de haalbaarheid van het genereren van vasculaire of gevacuoliseerd weefsels.
U kunt ook een microfluidic bioprinting strategie te fabriceren vezelige steigers zijn onlangs ontwikkeld, waar een hybride bioink uit alginaat bestaande en gelatine methacryloyl (GelMA) werd geleverd door de kern van een concentrische printkop en een oplossing van calciumchloride (CaCl2) werd uitgevoerd door de buitenste schede stroom van de printkop54,55. De co-extrusie van de twee stromen toegestaan voor onmiddellijke fysieke crosslinking van het alginaat onderdeel om microfiber formatie, terwijl latere photocrosslinking gezorgd voor permanente stabilisatie van het multi-layer vezelige schavot. Van de nota, endotheliale cellen ingekapseld binnen de bioprinted microfibers bleken te vermenigvuldigen en migreren naar de periferieën van de microfibers uitgaande van lumen-achtige structuren die de vasculaire bed54,55geïmiteerd. Deze bioprinted, endothelialized vasculaire bedden kunnen worden vervolgens gevuld met gewenste secundaire celtypes te gevacuoliseerd weefsels55verder te bouwen. Dit protocol biedt dus een gedetailleerde procedure van een dergelijke microfluidic bioprinting strategie ingeschakeld door de concentrische mondstuk ontwerp, dat zorgt voor een handige fabricage van gevacuoliseerd weefsels voor potentiële toepassingen in zowel weefselengineering en modellering van de organoid.

<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 gevacuoliseerd weefsel construeert en organoids geweest historisch uitdagend. Hier beschrijven we een nieuwe methode gebaseerd op microfluidic bioprinting voor het genereren van een steiger met multilayer interliniëring hydrogel microfibers. Om te bereiken glad is bioprinting, een kern-mantel microfluidic printkop met een samengestelde bioink formulering van de stroom van de kern en de oplossing van de crosslinking gedragen door de flow van de schede, geëxtrudeerd ontworpen en uitgerust op de bioprinter. Door het mengen van gelatine methacryloyl (GelMA) met alginaat, een polysaccharide die ondergaat momentane Ionische crosslinking in aanwezigheid van Selecteer divalente ionen, gevolgd door een secundaire photocrosslinking van de GelMA-component om permanente stabilisatie, een vezelige steiger kan worden verkregen met behulp van deze strategie bioprinting. Nog belangrijker is, kunnen de endotheliale cellen ingekapseld binnen de bioprinted microfibers vormen de lumen-achtige structuren die lijkt op de therapieën in de loop van cultuur 16 dagen. De steiger endothelialized vezelige mogen verder worden gebruikt als een vasculaire bed om te bouwen van een gevacuoliseerd weefsel door latere zaaien van de secundaire celtype in de interstitiële ruimte van de microfibers. Microfluidic bioprinting biedt een algemene strategie in de handige techniek van gevacuoliseerd weefsels op HiFi.

De strategie van de bioprinting microfluidic zorgt voor directe extrusie bioprinting van vezelige steigers met lage viscositeit bioinks54,55. Zoals geïllustreerd in Figuur 2A, een steiger met een grootte van 6 × 6 × 6 mm3 bevattende &#62; 30 lagen van microfibers zou bioprinted binnen 10 min. De onmiddellijke Ionische crosslinking van het alginaat onderdeel met CaCl...

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

Wij bieden een veralgemeende protocol gebaseerd op een strategie van de bioprinting microfluidic voor een vezelige vasculaire bed, waar een secundaire celtype verder zou kunnen worden uitgezaaid in de interstitiële ruimte van deze vezelige structuur voor het genereren van gevacuoliseerd weefsels en organoids engineering.

Microfluidic Bioprinting voor Engineering gevacuoliseerd weefsels en 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

Techniek skeletspier weefsel van muizen myoblast progenitorcellen en toepassing van elektrische stimulatie

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 Stapel Stellingen van Poly (glycerol-dodecanedioate) voor Engineering zenuwweefsel Van muis embryonale stamcellen

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

Techniek Driedimensionale epitheelweefsels Embedded binnen extracellulaire 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

Microfluïdische Buffer Exchange voor Interference-free Micro / nanodeeltjes Cel 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

Geautomatiseerde Robotic Dispensing Techniek voor Surface Oriëntatie- en Bioprinting van Cellen

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

De arterioveneuze (AV) Loop in een klein proefdiermodel voor Angiogenese en Gevasculariseerd Tissue Engineering Studie

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 van kraakbeen en huid weefsel analogen met behulp van een roman passief mengen eenheid techniek voor 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

Twee methoden voor Decellularization van plantaardige weefsels voor Tissue Engineering toepassingen

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

Microfluïdisch model om de eerste gebeurtenis van neovascularisatie na te bootsen

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 van Murine Cortiical Astrocytes voor Engineering Neural-Like Tissue

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