Name: custom engineered tissue culture molds from laser-etched masters
Uploaded: 2018-05-21T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Custom Engineered Tissue Culture Molds from Laser-etched Masters at JoVE.com

Die Autoren erkennen Finanzierung von NIH R00 HL115123 und Brown University School of Engineering. Sie sind auch dankbar für die Braun-Design-Workshop und Chris Bull für die Ausbildung und Unterstützung bei der Laser-Cutter.

(1) erstellen Sie die Vector Format Master Schimmel Designs
<ol><li>Montieren Sie die gewünschte Form Geometrie im Vektor-Format mit einem Vektor-Grafikprogramm (siehe Materialien, Ausrüstungen, und Tabelle "Software"). Wählen Sie -Datei | Neue und erstellen Sie eine Leinwand von entsprechenden Dimensionen mit RGB-Farbformat. Erstellen Sie die gewünschte Geometrie mit den Formwerkzeugen im linken Bedienfeld: Geben Sie die gewünschten Maße am oberen Rand des Fensters (Klicken Sie ...

<ol>
	<li>Qin, D., Xia, Y., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+lithography+for+micro-+and+nanoscale+patterning.">Soft lithography for micro- and nanoscale patterning.</a> Nat. Protoc. 5, 491 (2010).</li><li>Rogers, J. A., Nuzzo, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+progress+in+soft+lithography.">Recent progress in soft lithography.</a> Mater. Today. 8, 50-56 (2005).</li><li>Whitesides, G. M., Ostuni, E., Takayama, S., Jiang, X., Ingber, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+Lithography+in+Biology+and+Biochemistry.">Soft Lithography in Biology and Biochemistry.</a> Annu. Rev. Biomed. Eng. 3, 335-373 (2001).</li><li>Isiksacan, Z., Guler, M. T., Aydogdu, B., Bilican, I., Elbuken, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+fabrication+of+microfluidic+PDMS+devices+from+reusable+PDMS+molds+using+laser+ablation.">Rapid fabrication of microfluidic PDMS devices from reusable PDMS molds using laser ablation.</a> J. Micromechanics Microengineering. 26, 035008 (2016).</li><li>Lee, K. Y., Mooney, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogels+for+Tissue+Engineering.">Hydrogels for Tissue Engineering.</a> Chem. Rev. 101, 1869-1880 (2001).</li><li>Kloxin, A., Kloxin, C., Bowman, C., Anseth, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+properties+of+cellularly+responsive+hydrogels+and+their+experimental+determination.">Mechanical properties of cellularly responsive hydrogels and their experimental determination.</a> Adv. Mater. Deerfield Beach Fla. 22, 3484-3494 (2010).</li><li>Aubin, H., 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=Directed+3D+cell+alignment+and+elongation+in+microengineered+hydrogels.">Directed 3D cell alignment and elongation in microengineered hydrogels.</a> Biomaterials. 31, 6941-6951 (2010).</li><li>Jaiswal, M. K., 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=Vacancy-Driven+Gelation+Using+Defect-Rich+Nanoassemblies+of+2D+Transition+Metal+Dichalcogenides+and+Polymeric+Binder+for+Biomedical+Applications.">Vacancy-Driven Gelation Using Defect-Rich Nanoassemblies of 2D Transition Metal Dichalcogenides and Polymeric Binder for Biomedical Applications.</a> Adv. Mater. 29, (2017).</li><li>Lian, X., 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=Directed+cardiomyocyte+differentiation+from+human+pluripotent+stem+cells+by+modulating+Wnt/&#946;-catenin+signaling+under+fully+defined+conditions.">Directed cardiomyocyte differentiation from human pluripotent stem cells by modulating Wnt/&#946;-catenin signaling under fully defined conditions.</a> Nat. Protoc. 8, 162-175 (2013).</li><li>Boxshall, K., 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=Simple+surface+treatments+to+modify+protein+adsorption+and+cell+attachment+properties+within+a+poly(dimethylsiloxane)+micro-bioreactor.">Simple surface treatments to modify protein adsorption and cell attachment properties within a poly(dimethylsiloxane) micro-bioreactor.</a> Surf. Interface Anal. 38, 198-201 (2006).</li><li>Pins, G. D., Christiansen, D. L., Patel, R., Silver, F. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-assembly+of+collagen+fibers.+Influence+of+fibrillar+alignment+and+decorin+on+mechanical+properties.">Self-assembly of collagen fibers. Influence of fibrillar alignment and decorin on mechanical properties.</a> Biophys. J. 73, 2164-2172 (1997).</li><li>Pipan, C. 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=Effects+of+antifibrinolytic+agents+on+the+life+span+of+fibrin+sealant.">Effects of antifibrinolytic agents on the life span of fibrin sealant.</a> J. Surg. Res. 53, 402-407 (1992).</li><li>Roberts, M. A., 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=Stromal+Cells+in+Dense+Collagen+Promote+Cardiomyocyte+and+Microvascular+Patterning+in+Engineered+Human+Heart+Tissue.">Stromal Cells in Dense Collagen Promote Cardiomyocyte and Microvascular Patterning in Engineered Human Heart Tissue.</a> Tissue Eng. Part A. 22, 633-644 (2016).</li><li>Ye, K. Y., Sullivan, K. E., Black, L. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Encapsulation+of+Cardiomyocytes+in+a+Fibrin+Hydrogel+for+Cardiac+Tissue+Engineering.">Encapsulation of Cardiomyocytes in a Fibrin Hydrogel for Cardiac Tissue Engineering.</a> JoVE. , (2011).</li><li>Zimmermann, W. H., 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=Tissue+Engineering+of+a+Differentiated+Cardiac+Muscle+Construct.">Tissue Engineering of a Differentiated Cardiac Muscle Construct.</a> Circ. Res. 90, 223-230 (2002).</li><li>McCain, M. L., Agarwal, A., Nesmith, H. W., Nesmith, A. P., Parker, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micromolded+Gelatin+Hydrogels+for+Extended+Culture+of+Engineered+Cardiac+Tissues.">Micromolded Gelatin Hydrogels for Extended Culture of Engineered Cardiac Tissues.</a> Biomaterials. 35, 5462-5471 (2014).</li><li>Hu, J. J., Chen, G. W., Liu, Y. C., Hsu, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+Specimen+Geometry+on+the+Estimation+of+the+Planar+Biaxial+Mechanical+Properties+of+Cruciform+Specimens.">Influence of Specimen Geometry on the Estimation of the Planar Biaxial Mechanical Properties of Cruciform Specimens.</a> Exp. Mech. 54, 615-631 (2014).</li><li>Munarin, F., Kaiser, N. J., Kim, T. Y., Choi, B. R., Coulombe, K. L. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser-Etched+Designs+for+Molding+Hydrogel-Based+Engineered+Tissues.">Laser-Etched Designs for Molding Hydrogel-Based Engineered Tissues.</a> Tissue Eng. Part C Methods. 23, 311-321 (2017).</li><li>Zhang, H., Chiao, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anti-fouling+Coatings+of+Poly(dimethylsiloxane)+Devices+for+Biological+and+Biomedical+Applications.">Anti-fouling Coatings of Poly(dimethylsiloxane) Devices for Biological and Biomedical Applications.</a> J. Med. Biol. Eng. 35, 143-155 (2015).</li></ol>

Maßgeschneiderte PDMS-Schimmel-Geometrien, die kompatibel mit Gewebekultur sind haben großen Nutzen in der Abstimmung wichtige technische Gewebeeigenschaften, z. B. Ausrichtung der Zellen, Diffusionsgeschwindigkeit und effektive Steifigkeit. Darüber hinaus sind diese Formen sehr nützlich für die Zubereitung von Geweben für Analyse-Anwendungen in denen Geometrie, wie mechanische Tests16,17ankommt. Vorbereitung dieser Geräte vom Laser geschnitten negative Me...

In den letzten zwei Jahrzehnten wurde weiche Lithographie ausgiebig als Herstellung Technik verwendet, um wissenschaftliche Forschung, insbesondere in den Bereichen der Mikrofluidik, Materialforschung und Tissue engineering1,2zu unterstützen, 3. Replik-Formteil, in dem ein Objekt mit einer gewünschten Form aus einer Negativform master erstellt wird bietet eine bequeme und kostengünstige Verfahren zur Herstellung von positive PDMS repliziert, die für den Guss geformte Hydrogele verwendet werden kann. Jedoch die erforderliche negative Meister-Schimmel entstehen in der Regel mit Microfabrication Techniken, die sind in der Größe, begrenzt, teuer, zeitaufwendig, und benötigen sauberes Zimmer Platz und hoch entwickelte Ausrüstung. 3D-Druck bietet eine mögliche Alternative, zwar seine Nützlichkeit ist etwas eingeschränkt, aufgrund der begrenzten Auflösung günstigere Drucker und die chemischen Wechselwirkungen zwischen gemeinsamen 3D-Drucker Polymere und PDMS, die Aushärtung hemmen können.
Laser Cutter Systeme in der Lage sowohl schneiden und Ätzen Materialien wie Kunststoff, Holz, Glas und Metall sind vor kurzem drastisch weniger teuer und daher leichter zugänglich für die Herstellung von Recherche-Tools geworden. Handelsgüte Laserschneidanlagen sind in der Lage, die Herstellung von Objekten auf der Zentimeter-Skala mit minimalen Funktionen kleiner als 25 µm und weitere erfordern minimale Ausbildung, Fachwissen und Zeit zu verwenden. Während Laser-Ablation von PDMS in der Herstellung der Mikrofluidik Geräte verwendet wurde, hat nach unserer Kenntnis keine Handschrift ein Prozesses beschrieben durch welche Millimeter und Zentimeter Skala Formen aus lasergeschnittenen negative Meister-Schimmel4 gefertigt werden können .
Wir haben diese Technik verwendet, in erster Linie auf um die Form der technischen Gewebe zu manipulieren, um Nährstoff Diffusion, zelluläre Ausrichtung und mechanischen Eigenschaften5,6,7zu verbessern. Allerdings ermöglicht die Vielseitigkeit dieser Technik für den Einsatz in allen Bereichen wo geformte Hydrogele von Interesse, wie Drogen Lieferung und Material Science Forschung8 sind. Mit Zugriff auf ein Laser-Cutter, PDMS Schimmel Wiederholungen gemacht werden können für nahezu jede Geometrie ohne Überhänge (die Entfernung ohne eine mehrteilige Form, die außerhalb des Rahmens dieses Manuskriptes ist hemmen würde) und das passt in den Dimensionen des Laser-Bettes.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="738">
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:263px;">Item</td>
			<td style="width:167px;"></td>
			<td style="width:169px;"></td>
			<td style="width:141px;"></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Bovine fibrinogen</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>F8630-5G</td>
			<td>Constructs</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Bovine thrombin</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>T6634-250UN</td>
			<td>Constructs</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Bovine aprotinin</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>10820-25MG</td>
			<td>Constructs</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Rat tail collagen I, 4 mg/mL</td>
			<td>Advanced Biomatrix</td>
			<td>5153-100MG</td>
			<td>Constructs</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Sodim chloride</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>BP358-10</td>
			<td>Constructs</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">PBS</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>14190-250</td>
			<td>Constructs</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Fine forceps</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>11252-20</td>
			<td>Constructs</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Sylgard 184 silicone elastomer</td>
			<td>Corning</td>
			<td>4019862</td>
			<td>PDMS Molds</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Lab tape</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>15-901-5R</td>
			<td>PDMS Molds</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Acrylic, 1/4&#34; thick</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>8560K356</td>
			<td>PDMS Molds</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">HEPES Buffer, 1 M</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>H3537-100ML</td>
			<td>Constructs</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">RPMI 1640 medium, powder</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>31800-089</td>
			<td>Constructs</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Calcium chloride dihydrate</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>AC423520250</td>
			<td>Constructs</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Magnesium chloride hexahydrate</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>M33 500</td>
			<td>Constructs</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Potassium chloride</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>P9541-500G</td>
			<td>Constructs</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Sodium phosphate dibasic heptahydrate</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>S9390-500G</td>
			<td>Constructs</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Glucose</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>G5767-25G</td>
			<td>Constructs</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">OCT</td>
			<td>VWR</td>
			<td>25608-930</td>
			<td>Histology</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Frozen block molds</td>
			<td>VWR</td>
			<td>25608-916</td>
			<td>Histology</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Hematoxylin</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>3530 1</td>
			<td>Histology</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Eosin Y</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>AC152880250</td>
			<td>Histology</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Fast green FCF</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>AC410530250</td>
			<td>Histology</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Software</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Illustrator</td>
			<td>Adobe Systems</td>
			<td></td>
			<td>Vector Graphics</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Inkscape</td>
			<td>(Open Source)</td>
			<td></td>
			<td>Vector Graphics</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">UCP (Universal Control Panel)</td>
			<td>Universal Laser Systems</td>
			<td></td>
			<td>Laser Cutter Interface</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Equipment</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">PLS6.75 Laser Cutter</td>
			<td>Universal Laser Systems</td>
			<td></td>
			<td>Laser Cutter</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Micromechanical Analyzer</td>
			<td>Aurora Scientific</td>
			<td>1530A with 5 mN load cell</td>
			<td>Mechanical Analysis</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

custom engineered tissue culture molds from laser-etched masters

Wie das Gebiet des Tissue Engineering weiterhin Reifen hat, gab es verstärktes Interesse an eine Vielzahl von Parametern, Gewebe, einschließlich Gewebe Form. Gewebe-Shape auf das Mikrometer Zentimeter maßstabsgetreu zu manipulieren kann direkte Ausrichtung der Zellen, effektive mechanische Eigenschaften zu ändern, und Beschränkungen in Bezug auf Nährstoff Verbreitung. Darüber hinaus kann das Gefäß, in dem ein Papiertaschentuch bereit ist, vermitteln mechanische Einschränkungen auf das Gewebe, wodurch Spannungsfelder, die weiter die Zelle und die Matrix-Struktur beeinflussen können. Geformtes Gewebe mit hoch reproduzierbare Abmessungen haben auch Dienstprogramm für in-vitro- Assays in welche, die Probe Maße kritisch, wie ganze Gewebe mechanische Analyse sind.
Dieses Manuskript beschreibt eine alternative Herstellungsverfahren unter Verwendung negative Meister-Schimmel aus Acryl Laser geätzten vorbereitet: diese Formen gut mit Polydimethylsiloxan (PDMS) durchführen, ermöglichen Designs mit den Maßen auf den Zentimeter Umfang und Funktion Größen kleiner als 25 µm und kann sein schnell konstruiert und gefertigt zu einem niedrigen Preis und mit minimaler Kompetenz. Die minimale Zeit und Kosten Anforderungen ermöglichen Laser geätzten Formen schnell auf wiederholt werden, bis ein optimales Design feststeht und einfach jedem Assay von Interesse, einschließlich derjenigen über den Bereich des Tissue Engineerings angepasst werden.

Die Optik der Laser-Cutter erzeugen geätzte Bereiche Abmessungen wie Ätzen Tiefe steigt geringfügig zurückgegangen, und Ergebnisse im Formenbau Wände mit einer sehr feinen Fase wegen zur Verjüngung des Laserstrahls. Dies wird dazu beitragen, das Entfernen der Besetzung PDMS Formen zu erleichtern, aber sollte sorgfältig geprüft werden, wenn negative Meister-Schimmel sehr tief geätzt (> 6 mm) sind erforderlich (Abbildung 1).
<p class="jove_content"...

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Custom Engineered Tissue Culture Molds from Laser-etched Masters

Hier präsentieren wir Ihnen eine schnelle, einfache und kostengünstige Methode zur Herstellung von benutzerdefinierten Polydimethylsiloxan-Formen, die für die Herstellung von Hydrogel-basierte Technische Gewebe mit komplexen Geometrien verwendet werden können. Wir beschreiben außerdem Ergebnisse aus mechanischen und histologischen Bewertungen auf veränderter kardialen Gewebe hergestellt, mit dieser Technik durchgeführt.

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