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

Författarna erkänner finansiering från NIH R00 HL115123 och Brown University School of Engineering. De är också tacksamma till Brown Design Workshop och Chris Bull för utbildning och stöd med laserskärare.

1. skapa de vektor Format Master Mold mönster
<ol><li>Montera den önskade form geometrin i vektorformat med en vektor grafik-program (se material, utrustning, och mjukvaran bord). Välj fil | Nya och skapa en duk av lämpliga dimensioner med RGB-färgformat. Skapa önskad geometri med formverktygen i panelen till vänster: Ange önskade dimensioner längst upp i fönstret (klicka på transform knappen på toppen om inte initialt synliga) att exakt definiera formen storlekar. Obs: ...

<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>

Anpassade PDMS mögel geometrier som är kompatibla med vävnadskultur har stor nytta i att trimma viktigt bakåtkompilerade vävnad egenskaper, till exempel celljustering, diffusion ränta och effektiv stelhet. Dessutom, är dessa formar mycket användbara för att förbereda vävnader analys tillämpningar där geometri är viktiga, såsom mekanisk provning16,17. Förbereda dessa enheter från laser skär negativa master formar erbjuder en snabb, lättköpt och...

Under de senaste två decennierna, har mjuk litografi använts flitigt som en fabrication teknik för att stödja vetenskaplig forskning, särskilt inom områdena mikrofluidik, materialforskning och tissue engineering1,2, 3. Replika molding, där ett objekt med en önskad form skapas från en negativ herre mögel, erbjuder en bekväm och billig metod för att producera positiva PDMS replikerar som kan användas för gjutning formade hydrogels. Dock krävs negativa master formarna tillverkas vanligtvis med mikrofabrikation tekniker som är dyrt, tidskrävande, storlek, begränsad och kräver renrum utrymme och sofistikerad utrustning. Även 3D-printing erbjuder ett potentiellt alternativ, är dess nytta något begränsad på grund av billigare skrivare och kemiska samspelet mellan vanliga 3D-skrivare polymerer och PDMS som kan hämma bota resolution gränser.
Laser skärare system kan både skära och etsning material såsom plast, trä, glas och metall har nyligen blivit drastiskt billigare och därför mer lättillgänglig för fabricera forskningsverktyg. Kommersiell kvalitet laserskärare klarar av att tillverka objekt på centimeter skala med minsta funktioner som är mindre än 25 µm, och ytterligare kräver minimal utbildning, kompetens och tid att använda. Medan laser ablation av PDMS har tidigare använts vid tillverkning av mikrofluidik enheter, enligt vår kännedom har inga manuskript beskrivit en process genom vilken millimeter och centimeter skala formar kan fabriceras från laserskurna negativa master formar4 .
Vi har använt denna teknik främst för att ändra formen på bakåtkompilerade vävnader för att förbättra näringsämnen diffusion, cellulär anpassning och mekaniska egenskaper5,6,7. Mångsidigheten hos denna teknik tillåter dock för ett utnyttjande i något fält som var gjuten hydrogeler är av intresse, såsom drug delivery och material science forskning8. Med tillgång till en laserskärare, PDMS mögel replikat kan göras för nästan alla geometri utan överhäng (som skulle hämma borttagning utan ett flerdelat mögel, som är utanför ramen för detta manuskript) och som passar med mått av laser sängen.

<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

Eftersom fältet av vävnadsteknik har fortsatt att mogna, har man ökat intresse för ett brett utbud av vävnad parametrar, inklusive vävnad form. Manipulera vävnad form på Mikrometern till centimeter skala kan direkt celljustering, ändra effektiv mekaniska egenskaper och hantera begränsningar relaterade till näringsämnen diffusion. Fartyget som en vävnad är förberedda kan dessutom förmedla mekaniska begränsningar på vävnad, vilket resulterar i stress fält som ytterligare kan påverka både cellen och matrix struktur. Formade vävnader med mycket reproducerbara mått har också verktyg för in vitro- analyser i vilka prov dimensioner är kritiska, såsom hela vävnad mekanisk analys.
Detta manuskript beskriver en alternativa fabrication metod utnyttjar negativa master formar beredd från laser etsade akryl: dessa formar utföra väl med Polydimetylsiloxan (PDMS), tillåta mönster med dimensioner på centimeter omfattning och funktion storlekar mindre än 25 µm, och kan snabbt utformas och tillverkas till en låg kostnad och med minimal kompetens. Minimal tid och kostnad krav möjliggör laser etsade formar att vara snabbt upprepade vid tills en optimal design bestäms och anpassas enkelt till någon analys av intresse, inklusive de utanför området för vävnadsteknik.

Optiken i laserskärare kommer att orsaka etsade områden har minskat mycket något mått som etsning djup ökar, och resultaten i mögel väggar med en mycket subtil avfasning, tack till nedtrappning av laserstrålen. Detta kommer att bidra till att underlätta avlägsnande av cast PDMS formarna, men bör övervägas noggrant om mycket djupt etsade negativa master formar (> 6 mm) är krävs (figur 1).
<p class="jove_content" fo:keep-together.within-page=...

Watch this Scientific Journal Video about Custom Engineered Tissue Culture Molds from Laser-etched Masters at JoVE.com

Custom Engineered Tissue Culture Molds from Laser-etched Masters

Här presenterar vi en snabb lättköpt och billig metod för att fabricera anpassade Polydimetylsiloxan formar som kan användas för att producera hydrogel-baserade bakåtkompilerade vävnader med komplexa geometrier. Dessutom beskriver vi resultat från mekanisk och histologiska bedömningar genomförs på bakåtkompilerade hjärt vävnader produceras med hjälp av denna teknik.

Specialkonstruerade vävnadsodling formar från lasergraverade Masters

As the field of tissue engineering has continued to mature, there has been increased interest in a wide range of tissue parameters, including tissue ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Magnetic Resonance Elastography Methodology for the Evaluation of Tissue Engineered Construct Growth

Magnetic Resonance elastografi Metodik för utvärdering vävnadstekniska Construct tillväxt

Traditional mechanical testing often results in the destruction of the sample, and in the case of long term tissue engineered construct studies, the use ...

Protocol for Relative Hydrodynamic Assessment of Tri-leaflet Polymer Valves

Protokoll för relativ Hydrodynamisk Bedömning av Tri-broschyr Polymer Ventiler

Limitations of currently available prosthetic valves, xenografts, and homografts have prompted a recent resurgence of developments in the area of ...

Self-reporting Scaffolds for 3-Dimensional Cell Culture

Självrapporterings Ställningar för 3-dimensionell cellodling

Culturing cells in 3D on appropriate scaffolds is thought to better mimic the in vivo microenvironment and increase cell-cell interactions. The resulting ...

Generation and Grafting of Tissue-engineered Vessels in a Mouse Model

Generation och Nagelvävnadstekniska Fartyg i en musmodell

The construction of vascular conduits is a fundamental strategy for surgical repair of damaged and injured vessels resulting from cardiovascular diseases. ...

Engineered 3D Silk-collagen-based Model of Polarized Neural Tissue

Engineered 3D Silk-kollagenbaserad modell av polariserat Neural Tissue

Despite huge efforts to decipher the anatomy, composition and function of the brain, it remains the least understood organ of the human body. To gain a ...

A Microfluidic Platform for High-throughput Single-cell Isolation and Culture

En mikroflödessystem plattform för hög genomströmning Single-cell isolering och kultur

Studying the heterogeneity of single cells is crucial for many biological questions, but is technically difficult. Thus, there is a need for a simple, yet ...

Automated Contraction Analysis of Human Engineered Heart Tissue for Cardiac Drug Safety Screening

Automatiserad Contraction analys av Human Engineered hjärtvävnad för Cardiac Drug Safety Screening

Cardiac tissue engineering describes techniques to constitute three dimensional force-generating engineered tissues. For the implementation of these ...

Fabrication of Custom Agarose Wells for Cell Seeding and Tissue Ring Self-assembly Using 3D-Printed Molds

Tillverkning av anpassade agaros brunnar för Cell sådd och vävnad Ring självmontering med 3D-tryckt formar

Engineered tissues are being used clinically for tissue repair and replacement, and are being developed as tools for drug screening and human disease ...

Tissue-Engineered Graft for Circumferential Esophageal Reconstruction in Rats

Vävnadskonstruerad transplantat för circumferential esofagial rekonstruktion hos råttor

The use of biocompatible materials for circumferential esophageal reconstruction is a technically challenging task in rats and requires an optimal implant ...

Fibroblast Derived Human Engineered Connective Tissue for Screening Applications

Fibroblast härledd mänsklig konstruerad bindväv för screeningapplikationer

Fibroblasts are phenotypically highly dynamic cells, which quickly transdifferentiate into myofibroblasts in response to biochemical and biomechanical ...