Name: 3d printed porous cellulose nanocomposite hydrogel scaffolds
Uploaded: 2019-04-24T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about 3D Printed Porous Cellulose Nanocomposite Hydrogel Scaffolds at JoVE.com

מחקר זה נתמך כלכלית על ידי קנוט וקרן אליס ולנברג (ולנברג עץ מרכז המדע), מועצת המחקר השבדי, VR (Bioheal, להחיות 2016-05709 ולא להחיות 2017-04254).

1. הכנת מבשרי
<ol><li>הכנה של השעיה nanocrystals תאית הערה: בידוד של תאית nanocrystals נעשית על פי הנוהל שדווחו על-ידי מתיו, ואח30.<ol>
<li>17 wt % בתרחיף של תאית nanocrystals ל 2% wt על-ידי הוספת מים כדי להפוך את הנפח הכולל של 2 ל' לערבב ביסודיות באמצעות אולטרה sonication ושימוש אצוות קטנות יותר (250-300 מ ל) עבור ערבו?...

<ol>
	<li>Moon, R. J., Martini, A., Nairn, J., Simonsen, J., Youngblood, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cellulose+nanomaterials+review:+structure,+properties+and+nanocomposites.">Cellulose nanomaterials review: structure, properties and nanocomposites.</a> Chemical Society Reviews. 40 (7), 3941-3994 (2011).</li><li>Dufresne, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanocellulose:+a+new+ageless+bionanomaterial.">Nanocellulose: a new ageless bionanomaterial.</a> Materials Today. 16 (6), 220-227 (2013).</li><li>Chinga-Carrasco, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Potential+and+limitations+of+nanocelluloses+as+components+in+biocomposite+inks+for+three-dimensional+bioprinting+and+for+biomedical+devices.">Potential and limitations of nanocelluloses as components in biocomposite inks for three-dimensional bioprinting and for biomedical devices.</a> Biomacromolecules. 19 (3), 701-711 (2018).</li><li>Naseri, N., Poirier, J., Girandon, L., Fr&#246;hlich, M., Oksman, K., Mathew, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3-Dimensional+porous+nanocomposite+scaffolds+based+on+cellulose+nanofibers+for+cartilage+tissue+engineering:+tailoring+of+porosity+and+mechanical+performance.">3-Dimensional porous nanocomposite scaffolds based on cellulose nanofibers for cartilage tissue engineering: tailoring of porosity and mechanical performance.</a> Royal Society of Chemistry Advances. 6 (8), 5999-6007 (2016).</li><li>Naseri, N., Deepa, B., Mathew, A. P., Oksman, K., Girandon, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanocellulose-Based+Interpenetrating+Polymer+Network+(IPN)+Hydrogels+for+Cartilage+Applications.">Nanocellulose-Based Interpenetrating Polymer Network (IPN) Hydrogels for Cartilage Applications.</a> Biomacromolecules. 17 (11), 3714-3723 (2016).</li><li>Naseri, N., Mathew, A. P., Girandon, L., Fr&#246;hlich, M., Oksman, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Porous+electrospun+nanocomposite+mats+based+on+chitosan-cellulose+nanocrystals+for+wound+dressing:+effect+of+surface+characteristics+of+nanocrystals.">Porous electrospun nanocomposite mats based on chitosan-cellulose nanocrystals for wound dressing: effect of surface characteristics of nanocrystals.</a> Cellulose. 22 (1), 521-534 (2015).</li><li>Xing, Q., Zhao, F., Chen, S., McNamara, J., DeCoster, M. A., Lvov, Y. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Porous+biocompatible+three-dimensional+scaffolds+of+cellulose+microfiber/gelatin+composites+for+cell+culture.">Porous biocompatible three-dimensional scaffolds of cellulose microfiber/gelatin composites for cell culture.</a> Acta Biomaterialia. 6 (6), 2132-2139 (2010).</li><li>Nandgaonkar, A., Krause, W., Lucia, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+cellulosic+composite+scaffolds+for+cartilage+tissue+engineering.">Fabrication of cellulosic composite scaffolds for cartilage tissue engineering.</a> Nanocomposites for musculoskeletal tissue regeneration. , 187-212 (2016).</li><li>Gross, B. C., Erkal, J. L., Lockwood, S. Y., Chen, C., Spence, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+3D+printing+and+its+potential+impact+on+biotechnology+and+the+chemical+sciences.">Evaluation of 3D printing and its potential impact on biotechnology and the chemical sciences.</a> Analytical Chemistry. 86 (7), 3240-3253 (2014).</li><li>Markstedt, K., Mantas, A., Tournier, I., Marti&#769;nez A&#769;vila, H., Ha&#776;gg, D., Gatenholm, P. <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+human+chondrocytes+with+nanocellulose-alginate+bioink+for+cartilage+tissue+engineering+applications.">3D bioprinting human chondrocytes with nanocellulose-alginate bioink for cartilage tissue engineering applications.</a> Biomacromolecules. 16 (5), 1489-1496 (2015).</li><li>Sultan, S., Mathew, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+printed+scaffolds+with+gradient+porosity+based+on+a+cellulose+nanocrystal+hydrogel.">3D printed scaffolds with gradient porosity based on a cellulose nanocrystal hydrogel.</a> Nanoscale. 10, 4421-4431 (2018).</li><li>Sultan, S., Siqueira, G., Zimmermann, T., Mathew, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+printing+of+nano-cellulosic+biomaterials+for+medical+applications.">3D printing of nano-cellulosic biomaterials for medical applications.</a> Current Opinion in Biomedical Engineering. 2, 29-34 (2017).</li><li>Sultan, S., Abdelhamid, H. N., Zou, X., Mathew, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CelloMOF:+Nanocellulose+Enabled+3D+Printing+of+Metal-Organic+Frameworks.">CelloMOF: Nanocellulose Enabled 3D Printing of Metal-Organic Frameworks.</a> Advanced Functional Materials. , 1805372-1805384 (2018).</li><li>Siqueira, G., 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=Cellulose+Nanocrystal+Inks+for+3D+Printing+of+Textured+Cellular+Architectures.">Cellulose Nanocrystal Inks for 3D Printing of Textured Cellular Architectures.</a> Advanced Functional Materials. 27 (12), 1604619-1604629 (2017).</li><li>Wang, J., 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=All-in-One+Cellulose+Nanocrystals+for+3D+Printing+of+Nanocomposite+Hydrogels.">All-in-One Cellulose Nanocrystals for 3D Printing of Nanocomposite Hydrogels.</a> Angewandte Chemie International Edition. 57 (9), 2353-2356 (2018).</li><li>Hausmann, 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=Dynamics+of+Cellulose+Nanocrystal+Alignment+during+3D+Printing.">Dynamics of Cellulose Nanocrystal Alignment during 3D Printing.</a> ACS Nano. 12 (7), 6926-6937 (2018).</li><li>Liu, Y., 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=Nanoscale+assembly+of+cellulose+nanocrystals+during+drying+and+redispersion.">Nanoscale assembly of cellulose nanocrystals during drying and redispersion.</a> ACS Macro Letters. 7 (2), 172-177 (2018).</li><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> Nature Biotechnology. 32 (8), 773-785 (2014).</li><li>Pati, F., 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=Printing+three-dimensional+tissue+analogues+with+decellularized+extracellular+matrix+bioink.">Printing three-dimensional tissue analogues with decellularized extracellular matrix bioink.</a> Nature communications. 5, 3935 (2014).</li><li>Xia, Z., Jin, S., Ye, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tissue+and+organ+3D+bioprinting.">Tissue and organ 3D bioprinting.</a> SLAS TECHNOLOGY: Translating Life Sciences Innovation. 23 (4), 301-314 (2018).</li><li>Zhang, Q., Lu, H., Kawazoe, N., Chen, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pore+size+effect+of+collagen+scaffolds+on+cartilage+regeneration.">Pore size effect of collagen scaffolds on cartilage regeneration.</a> Acta Biomaterialia. 10 (5), 2005-2013 (2014).</li><li>Loh, Q. L., Choong, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+scaffolds+for+tissue+engineering+applications:+role+of+porosity+and+pore+size.">Three-dimensional scaffolds for tissue engineering applications: role of porosity and pore size.</a> Tissue Engineering, Part B: Reviews. 19 (6), 485-502 (2013).</li><li>Bru&#382;auskait&#279;, I., Bironait&#279;, D., Bagdonas, E., Bernotien&#279;, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scaffolds+and+cells+for+tissue+regeneration:+different+scaffold+pore+sizes-different+cell+effects.">Scaffolds and cells for tissue regeneration: different scaffold pore sizes-different cell effects.</a> Cytotechnology. 68 (3), 355-369 (2016).</li><li>Zhang, L., Hu, J., Athanasiou, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+tissue+engineering+in+articular+cartilage+repair+and+regeneration.">The role of tissue engineering in articular cartilage repair and regeneration.</a> Critical Reviews&#8482; in Biomedical Engineering. 37 (1-2), (2009).</li><li>Athanasiou, K., Rosenwasser, M., Buckwalter, J., Malinin, T., Mow, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interspecies+comparisons+of+in+situ+intrinsic+mechanical+properties+of+distal+femoral+cartilage.">Interspecies comparisons of in situ intrinsic mechanical properties of distal femoral cartilage.</a> Journal of Orthopaedic Research. 9 (3), 330-340 (1991).</li><li>Schinagl, R. M., Gurskis, D., Chen, A. C., Sah, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Depth-dependent+confined+compression+modulus+of+full-thickness+bovine+articular+cartilage.">Depth-dependent confined compression modulus of full-thickness bovine articular cartilage.</a> Journal of Orthopaedic Research. 15 (4), 499-506 (1997).</li><li>Athanasiou, K., Niederauer, G., Schenck, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomechanical+topography+of+human+ankle+cartilage.">Biomechanical topography of human ankle cartilage.</a> Annals Biomedical Engineering. 23 (5), 697-704 (1995).</li><li>Athanasiou, K. A., Liu, G. T., Lavery, L. A., Lanctot, D. R., Schenck, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomechanical+topography+of+human+articular+cartilage+in+the+first+metatarsophalangeal+joint.">Biomechanical topography of human articular cartilage in the first metatarsophalangeal joint.</a> Clinical Orthopaedics and Related Research. 348, 269-281 (1998).</li><li>Guilak, F., Jones, W. R., Ting-Beall, H. P., Lee, 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=The+deformation+behavior+and+mechanical+properties+of+chondrocytes+in+articular+cartilage.">The deformation behavior and mechanical properties of chondrocytes in articular cartilage.</a> Osteoarthritis and Cartilage. 7 (1), 59-70 (1999).</li><li>Mathew, A. P., Oksman, K., Karim, Z., Liu, P., Khan, S. A., Naseri, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Process+scale+up+and+characterization+of+wood+cellulose+nanocrystals+hydrolysed+using+bioethanol+pilot+plant.">Process scale up and characterization of wood cellulose nanocrystals hydrolysed using bioethanol pilot plant.</a> Industrial Crops and Products. 58, 212-219 (2014).</li><li>Compton, B. G., Lewis, J. 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-printing+of+lightweight+cellular+composites.">3D-printing of lightweight cellular composites.</a> Advanced Materials. 26 (34), 5930-5935 (2014).</li><li>Sarem, M., Moztarzadeh, F., Mozafari, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+can+genipin+assist+gelatin/carbohydrate+chitosan+scaffolds+to+act+as+replacements+of+load-bearing+soft+tissues.">How can genipin assist gelatin/carbohydrate chitosan scaffolds to act as replacements of load-bearing soft tissues.</a> Carbohydrate Polymers. 93 (2), 635-643 (2013).</li><li>Chia, H. N., Hull, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Compressive+moduli+of+the+human+medial+meniscus+in+the+axial+and+radial+directions+at+equilibrium+and+at+a+physiological+strain+rate.">Compressive moduli of the human medial meniscus in the axial and radial directions at equilibrium and at a physiological strain rate.</a> Journal of orthopaedic research. 26 (7), 951-956 (2008).</li><li>Zhang, K., Fan, Y., Dunne, N., Li, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+microporosity+on+scaffolds+for+bone+tissue+engineering.">Effect of microporosity on scaffolds for bone tissue engineering.</a> Regenerative biomaterials. 5 (2), 115-124 (2018).</li><li>Lin, N., Dufresne, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanocellulose+in+biomedicine:+Current+status+and+future+prospect.">Nanocellulose in biomedicine: Current status and future prospect.</a> European Polymer Journal. 59, 302-325 (2014).</li><li>Domingues, R. M., Gomes, M. E., Reis, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+potential+of+cellulose+nanocrystals+in+tissue+engineering+strategies.">The potential of cellulose nanocrystals in tissue engineering strategies.</a> Biomacromolecules. 15 (7), 2327-2346 (2014).</li></ol>

הדפסה תלת-ממדית דורש מתאימים מאפייני rheological הידרוג הדיו. הדיו צמיגות גבוהה ידרוש בלחצים קיצוניים לשחול שלה בזמן צמיגות נמוכה דיו לא ישמור על צורתו לאחר שחול. צמיגות של הדיו הידרוג יכול להיות נשלט באמצעות הריכוז של החומרים. לעומת שלנו הקודם עבודה11, התוכן מוצק של הדיו הידרוג הוא...

תאית היא רב-סוכר המורכב שרשראות ליניארי של β יחידות D-גלוקוז המקושרות (1-4). הפולימר הטבעי הנפוץ ביותר על פני כדור הארץ והוא מופק מגוון רחב של מקורות, כולל בעלי חיים ימיים (למשל, tunicates), צמחים (למשל, עץ, כותנה, קש חיטה) ומקורות חיידקים, כגון אצות (למשל, Valonia), פטריות, אפילו אמבה (חד-תאיים )1,2. תאית nanofibers (CNF) ו nanocrystals תאית (CNC) עם ממד אחד לפחות בננו מתקבלים באמצעות טיפולי מכני, חומצה הידרוליזה של תאית. לא רק ברשותם את המאפיינים של תאית, כגון פוטנציאל שינוי כימי, רעילות נמוכה, כימי, מתכלה, מתחדשת, אבל יש גם מאפיינים הננומטרי כמו גבוהה פנים סגולי, תכונות מכניות גבוהה , מאפייני rheological ואופטית. מאפיינים אטרקטיביים אלה הפכו CNFs ו- CNCs מתאים ליישומי ביו, בעיקר בצורה של תלת-ממדי (3D) הידרוג פיגומים3. פיגומים אלו דורשים מידות מותאמות אישית עם מבנה בררניים, נקבוביות מחובררים. הקבוצה שלנו ואחרים דיווחו על תאית נקבובי 3D nanocomposites מוכן דרך הליהוק, electrospinning, ליופיליזציה4,5,6,7,8. עם זאת, לשלוט על המבנה נקבובית, ייצור של גאומטריה מורכבת אינה מושגת באמצעות שיטות מסורתיות.
הדפסה תלת-ממדית היא טכניקת הייצור מוספים, שבהם עצמים תלת-ממדיים נוצרים שכבה על דרך בתצהיר מבוקר-מחשב של דיו9. היתרונות של הדפסת תלת-ממד על טכניקות מסורתיות כולל חופש עיצוב, מאקרו מבוקרת מיקרו מידות, ייצור של ארכיטקטורות מורכבות, התאמה אישית, הפארמצבטית.  בנוסף, הדפסת תלת-ממד של CNFs ו- CNCs מציע גם הטיה-induced מערכים של חלקיקים, העדיפו כיוון, נקבוביות הדרגתיות ניתן להרחיב בקלות ל- 3D bioprinting10,11,12, 13 , 14 , 15. הדינמיקה של CNCs יישור במהלך הדפסת תלת-ממד כבר דיווח לאחרונה,16,17. ההתקדמות בתחום של bioprinting יש לאפשר לרקמות מודפס 3D ואיברים למרות האתגר מעורב כגון הבחירה וריכוז של תאים חיים, גורמי גדילה, קומפוזיציה של הדיו המוביל, הדפסה פשוטה, זרבובית קטרים18 19, ,20.
נקבוביות ואת חוזק של פיגומים משובי הסחוס הן תכונות חשובות המכתיבה את היעילות והביצועים שלו. גודל הנקבוביות ממלא תפקיד חשוב עבור אדהזיה, בידול, התפשטות של תאים כמו גם לגבי ההחלפה של חומרים מזינים, פסולת מטבולית21. אולם, אין גודל הנקבוביות מובהק זה יכול להיחשב ערך אידיאלי, כמה מחקרים הראה אתריים גבוה עם נקבוביות קטנות יותר בעוד אחרים הראו יותר התחדשות הסחוס עם נקבוביות גדולות יותר. Macropores (< 500 מיקרומטר) להקל על רקמות מינרליזציה, אספקת מזונם, פינוי פסולת, בעוד micropores (150-250 מיקרומטר) להקל על התא מצורף ותכונות מכניות יותר22,23. לגרדום מושתל חייב להיות מספיק מכנית מימי טיפול, ההשתלה, עד להשלמת מטרתו הרצויה. המודולוס compressive צבירה על הסחוס במפרק טבעי הוא דיווח כי בטווח של 0.1-2 MPa תלוי גיל, מין, מיקום שנבדקו4,24,25,26,27 28, ,29.
שלנו הקודם עבודה11, הדפסת תלת-ממד שימש כדי לפברק נקבובי bioscaffolds של תפור כפול interpenetrating רשת פולימר (IPN) מדיו הידרוג המכיל CNCs מחוזק במטריצה של alginate נתרן, ג'לטין. מסלול הדפסה 3D אופטימלי כדי להשיג פיגומים 3D עם נקבוביות אחיד, הדרגתיות מבנים (80-2,125 מיקרומטר) איפה nanocrystals אוריינט רצוי בכיוון ההדפסה (מידת התמצאות בין 61-76%). . הנה, אנו מציגים המשכיות זה לעבוד ומדגים ההשפעה של נקבוביות על התכונות המכאניות של תלת-ממד מודפס הידרוג פיגומים בתנאי גוף מדומה. CNCs היה כאן, דווחו קודם לכן על ידי אותנו להיות cytocompatible ולא רעיל (קרי, גדילת התאים לאחר 15 ימים של דגירה היה אושרו30). יתר על כן, פיגומים הכין דרך להקפיא ייבוש באמצעות את CNCs אותו, alginate נתרן, ג'לטין הראה נקבוביות גבוהה, גבוהה ספיגת של תמיסת מלח מאגר פוספט, cytocompatibility לעבר גזע mesenchymal5. מטרת עבודה זו היא להפגין עיבוד הדיו הידרוג, הדפסת תלת-ממד של פיגומים נקבובי, הבדיקה דחיסה. שרטוטים של המסלול עיבוד מוצג באיור1.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1217px;" width="1215">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">60 mL syringe</td>
			<td style="width:209px;">Structur3D Printing</td>
			<td style="width:175px;"></td>
			<td style="width:551px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Alginic acid sodium salt</td>
			<td style="width:209px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:175px;">9005-38-3</td>
			<td style="width:551px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Anhydrous calcium chloride</td>
			<td style="width:209px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:175px;">10043-52-4</td>
			<td style="width:551px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Clamps, three pronged, Talon</td>
			<td style="width:209px;">VWR</td>
			<td style="width:175px;">241-0404</td>
			<td style="width:551px;">102 mm, Dual adjustment clamp, large, clamp extension 127 mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Cura 2.4.0</td>
			<td style="width:209px;">Ultimaker</td>
			<td style="width:175px;"></td>
			<td style="width:551px;">Free slicing software</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Discov3ry Complete</td>
			<td style="width:209px;">Structur3D Printing</td>
			<td style="width:175px;"></td>
			<td style="width:551px;">Ultimaker 2+ 3D printer integrated with Discov3ry paste extruder</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Gelatin from bovine skin</td>
			<td style="width:209px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:175px;">9000-70-8</td>
			<td style="width:551px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Glutaraldehyde solution 50 wt. % in H2O</td>
			<td style="width:209px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:175px;">111-30-8</td>
			<td style="width:551px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">homogenizer</td>
			<td style="width:209px;">SPX</td>
			<td style="width:175px;">APV-2000</td>
			<td style="width:551px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Instron 5960</td>
			<td style="width:209px;">Instron</td>
			<td style="width:175px;"></td>
			<td style="width:551px;">Instron 5960, Biopuls Bath, 100 N load cell, 37 &#176;C,</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Physica MCR 301 rheometer</td>
			<td style="width:209px;">Anton Paar</td>
			<td style="width:175px;"></td>
			<td style="width:551px;">CP25-2-SN7617, gap height 0.05 mm, 25 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Sorvall Lynx 6000 centrifuge</td>
			<td style="width:209px;">AB Ninolab</td>
			<td style="width:175px;">s/n 41881692</td>
			<td style="width:551px;">F12-rotor (6x500 ml)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">stainless steel nozzle</td>
			<td style="width:209px;">Structur3D Printing</td>
			<td style="width:175px;"></td>
			<td style="width:551px;">800, 600 and 400 &#181;m</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">thingsinverse</td>
			<td style="width:209px;">MakerBot&#39;s</td>
			<td style="width:175px;"></td>
			<td style="width:551px;">&#160;sharing and downloading 3D printable things in form of stl files</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">ultra sonication</td>
			<td style="width:209px;">Qsonica, LLC</td>
			<td style="width:175px;">Q500</td>
			<td style="width:551px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Unbarked wood chips</td>
			<td style="width:209px;">Norway spruce(Picea abies)</td>
			<td style="width:175px;"></td>
			<td style="width:551px;">dry matter content of 50&#8211;55%</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

3d printed porous cellulose nanocomposite hydrogel scaffolds

עבודה זו מדגים את השימוש תלת מימדי (3D) הדפסה כדי לייצר פיגומים מעוקב נקבובי באמצעות תאית nanocomposite הידרוג דיו, עם מבנה בררניים, תכונות מכניות. Nanocrystals תאית (CNCs, 69.62 wt %) הידרוג מבוסס דיו עם מטריקס (alginate נתרן, ג'לטין) פותחה והודפס 3D לתוך פיגומים עם נקבוביות אחיד, צבע מבנה (110-1,100 מיקרומטר). פיגומים הראה דחיסה מודולוס בטווח של 0.20-0.45 MPa כאשר נבדק ב מדומה ויוו התנאים (מים מזוקקים ב 37 מעלות צלזיוס). גודל הנקבוביות, המודולוס דחיסה של פיגומים 3D תואם לדרישות הדרושים ליישומים התחדשות הסחוס. עבודה זו ממחישה כי מרקם של הדיו יכול להיות נשלט על ידי הריכוז של סימנים מקדימים נקבוביות יכול להיות נשלט על ידי תהליך ההדפסה התלת מימדית, שניהם גורמים אלה בתמורה מגדיר את מכניים המאפיינים של 3D מודפס נקבובי הידרוג לגרדום. ניתן להשתמש בשיטה זו תהליך ולכן כדי לבדות פיגומים מבנית, מאלכוהול מותאם אישית בהתאם לצרכים הספציפיים של חולים.

CNCs מבוסס nanocomposite הידרוג דיו מראה של גזירה-ניוטונית חזקים דליל התנהגות (איור 2). צמיגות לכאורה של 1.55 × 105 Pa.s בקצב הטיה נמוך (0.001 s-1) טיפות על ידי חמישה סדרי גודל לערך של Pa.s 22.60 בקצב הטיה של 50 s-1 (≈50 s-1 להיות שיעור טיפוסי הטיה מנוסים במהלך הדפסת תלת-מ?...

Watch this Scientific Journal Video about 3D Printed Porous Cellulose Nanocomposite Hydrogel Scaffolds at JoVE.com

3D Printed Porous Cellulose Nanocomposite Hydrogel Scaffolds

3D מודפס נקבובי תאית Nanocomposite הידרוג פיגומים

שלושת הצעדים הקריטיים של פרוטוקול זה i) מפתחים את ההרכב הנכון ונקבוביות עקביות הדיו הידרוג תאית, ii) 3D הדפסה של פיגומים לתוך שונות מבנים עם נאמנות בכושר טוב, מידות iii) הוכחת תכונות מכניות בתנאים מדומה הגוף עבור התחדשות הסחוס.

This work demonstrates the use of three-dimensional (3D) printing to produce porous cubic scaffolds using cellulose nanocomposite hydrogel ink, with ...

זהו הדו"ח הראשון על פיגומים הידרוג'ל ננו-תאיים מודפסים בתלת-ממד שבהם יש לנו מבנה נקבוביות הדרגתי ומאפיינים מכניים לחקות מבנים טבעיים כסחוס. שני היתרונות העיקריים של שימוש בטכניקות הדפסה בתלת-ממד הם התאמה אישית וחופש עיצוב. זה פותח הזדמנות בלתי מוגבלת של המצאת עיצובים גיאומטריים חדשים שלא נחקרו.פרוטוקול זה ידידותי למשתמש, וחדשים יכולים לשחזר בקלות את התוצאות. לבחירת תוכנת הניתור ולתנועת הזרבובית יש השפעה משמעותית על המוצר הסופי. כדי להתחיל, להכין 40 מיליליטר של דיו הידרוג'ל על ידי ערבוב 11% לפי משקל CNC, 6% לפי משקל נתרן אלגינט, ו 12% על ידי ג'לטין משקל במיכל.מחממים את התערובת ל-40 מעלות ומערבבים עם מרית עד לקבלת משחה חלקה. מעבירים את התערובת למזרק 60 מיליליטר. לאחר מכן, בעזרת מהדק מכני, להעביר את התערובת דרך סדרה של חרירים עם קטרים שונים לתוך מזרק נוסף 60 מיליליטר.חזור על התהליך עד שהושגו תריסים מובלטים בצורה חלקה של דיו הידרוג'ל. בעדינות צנטריפוגה המזרק מלא דיו הידרוג'ל ב 4, 000 פעמים g כדי להסיר אוויר לכוד. מתוך כרטיס ה-SD, בחרו בקבצים שנשמרו עבור פיגומים אחידים ונקבוביות הדרגתיות, והתחלו להדפיס.במידת הצורך, התאימו את המהירות ואת קצב הזרימה בהתאם. כדי להצליב את הפיגום לאחר השלמת ההדפסה בתלת-ממד, הוסיפו בעדינות טיפות של 3% לפי משקל תוסף סידן כלורי לפיגום עד שהוא נרטב לחלוטין. חכה חמש דקות.בזהירות רבה להעביר את הפיגום ממיטת המדפסת למיכל 50 מיליליטר מלא 3% על ידי פתרון סידן כלוריד משקל. תשאיר את זה ללילה. לשטוף ביסודיות עם מים מזוקקים, ולהעביר את הפיגום למיכל 50 מיליליטר מלא 3% על ידי פתרון גלוטארלדהיד משקל.תשאיר את זה ללילה. יש לשטוף היטב ולאחסן את הפיגום המודפס בתלת-ממד במים מזוקקים. לבדיקת דחיסה, מלאו את המיכל המצויד בצלחת בסיס דחיסה תת-מומרת בשני ליטרים של מים, והתחלו את מערכת החימום להגיע ל-37 מעלות צלזיוס.אתחל את תוכנת Bluehill Universal והגדר את שיטת הבדיקה. בחרו גיאומטריית דגימה מלבנית ובחרו באפשרות להזין ממדים לפני בדיקת כל דגימה. הגדר את קצב המתח לשני מילימטרים לדקה וסוף התוצאה כזן דחיסה של 80% יחד עם כוח של 90 ניוטון.באזור 'מדידה', בחרו 'כוח', 'עקה', 'לחץ דחיסה' ו'זן דחיסה'. בחר באפשרות לייצא נתונים כקבצי טקסט להתווה עתידי. הגדר את נקודת הארכת האפס באמצעות פקדי ריצה כדי להוריד את לוחית הצומת קרוב ככל האפשר לצלחת הבסיס.למדוד ולתרשם את ממדי הדגימות שיש לבדוק. כאשר טמפרטורת המים מגיעה ל -37 מעלות צלזיוס, מניחים את המדגם על צלחת הבסיס. אבטח את הדגימה על-ידי הזזת לוחית הכוונת כך שהיא תתחיל לגעת בדגימה.להזיז את אמבט המים למעלה, כך הצלחות עם המדגם ביניהם שקועים במים. הזן את השם והממדים לדוגמה והתחל את הבדיקה. לאחר השלמת הבדיקה, תחילה להזיז את אמבט המים למטה, ולאחר מכן להעלות את צלחת crosshead.הסר את הדגימה ואת חתיכותיה, אם בכלל, לנקות את שתי הצלחות, טען מדגם חדש. לאחר שכל הדגימות נבדקות, יצא את הנתונים הגולמיים. מתח דחיסה עלילה לעומת עקומות זן דחיסה, ולקבוע את מודולוס משיק דחיסה בערכי זן של אחד עד 5%ו 25%-30% CNCs מבוססי ננו קומפוזיט הידרוג'ל דיו מראה התנהגות חזקה שאינה ניוטונית גזירה דילול עם חמישה סדר גודל ירידה של צמיגות לכאורה.דיו הידרוג'ל מציג התנהגות מוצקה ויסקולסטית, כמו מודולוס אחסון הוא סדר גודל גדול יותר מודולוס הפסד בלחץ גזירה נמוך. בשיעורי זן נמוכים של אחד עד 5% מודולוס דחיסה דומה עבור כל סוגי פיגומים נקבוביים בהשוואה פיגום התייחסות ללא נקבוביות, מראה כי האופי האלסטי של דיו הידרוג'ל נשמר גם בנוכחות מקרופורים. עם זאת, בשיעורי זן גבוהים של 25 עד 30% המודולוס הגבוה ביותר מתקבל עבור פיגום הייחוס ללא נקבוביות.ברגע שגודל הנקבוביות גדל, המודולוס פוחת עקב הירידה בצפיפות, מה שמצביע על הקשר הצפוי בין נקבוביות הפיגומים לבין המאפיינים המכניים המתאימים. יתר על כן, מודולוס דחיסה של פיגומים הידרוג'ל 3D עולה ככל שקצב הדחיסה עולה, מציג ומחקה את צמיגות של רקמות הסחוס הטבעי. הומוגני ואת הזרימה המתמשכת של הדיו במהלך הדפסה 3D הם הדברים החשובים ביותר.שיטה זו תשמש את החוקרים להתרחב לאזורי יישום אחרים באמצעות הידרוג'ל nanocellulose כפלטפורמה להדפסה 3D. לדוגמה, פיתחנו כבר היברידיות מבוססות nanocellulose לשחרור תרופות מבוקרות בעקבות אותו הליך.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Preparation of 3D Fibrin Scaffolds for Stem Cell Culture Applications

הכנת 3D הפיברין פיגומים יישומים סלולריים גזע תרבות

Stem cells are found in naturally occurring 3D microenvironments in vivo, which are often referred to as the stem cell niche 1. Culturing stem cells ...

3D Hydrogel Scaffolds for Articular Chondrocyte Culture and Cartilage Generation

3D Hydrogel פיגומים למפרקים הכונדרוציטים תרבות וסחוס דור

Human articular cartilage is highly susceptible to damage and has limited self-repair and regeneration potential. Cell-based strategies to engineer ...

Construction of Modular Hydrogel Sheets for Micropatterned Macro-scaled 3D Cellular Architecture

בנייה של גיליונות מודולרי Hydrogel לאדריכלות סלולרית 3D המוקטן מאקרו micropatterned

Hydrogels can be patterned at the micro-scale using microfluidic or micropatterning technologies to provide an in vivo-like three-dimensional (3D) tissue ...

Protocols of 3D Bioprinting of Gelatin Methacryloyl Hydrogel Based Bioinks

פרוטוקולים של 3D ביוריטינג ג'לטין הידרוג'ל מבוסס-דיו

Gelatin methacryloyl (GelMA) has become a popular biomaterial in the field of bioprinting. The derivation of this material is gelatin, which is hydrolyzed ...

Evaluating Regional Pulmonary Deposition using Patient-Specific 3D Printed Lung Models

הערכת תצהיר ריאתי אזורי באמצעות דגמי ריאות מודפסים תלת-ממדיים ספציפיים למטופל

Development of targeted therapies for pulmonary diseases is limited by the availability of preclinical testing methods with the ability to predict ...

3D Cell-Printed Hypoxic Cancer-on-a-Chip for Recapitulating Pathologic Progression of Solid Cancer

3D תא מודפס סרטן היפוקסי על שבב עבור recapitulating התקדמות פתולוגית של סרטן מוצק

Cancer microenvironment has a significant impact on the progression of the disease. In particular, hypoxia is the key driver of cancer survival, invasion, ...

Interlinked Macroporous 3D Scaffolds from Microgel Rods

פיגומים תלת-ממדיים מקרו-נקבוביים משולבים ממוטות מיקרוג'ל

A two-component system of functionalized microgels from microfluidics allows for fast interlinking into 3D macroporous constructs in aqueous solutions ...

Gelatin Methacryloyl Granular Hydrogel Scaffolds: High-throughput Microgel Fabrication, Lyophilization, Chemical Assembly, and 3D Bioprinting

פיגומי הידרוג'ל גרגיריים מג'לטין מתקרילויל: ייצור מיקרוג'ל בתפוקה גבוהה, ליופיליזציה, הרכבה כימית והדפסה ביולוגית תלת-ממדית

The emergence of granular hydrogel scaffolds (GHS), fabricated via assembling hydrogel microparticles (HMPs), has enabled microporous scaffold formation ...

Phototunable Bioprinted Hydrogels to Probe Cellular Responses to ECM Stiffening

3D Bioprinting Phototunable Hydrogels to Study Fibroblast Activation

Understanding Chronic Lung Diseases Using 3D Printed Phototunable Hydrogels (Video) | JoVE

הדפסה ביולוגית תלת-ממדית הידרוג'לים פוטו-ממדיים לחקר הפעלת פיברובלסטים

Phototunable hydrogels can transform spatially and temporally in response to light exposure. Incorporating these types of biomaterials in cell-culture ...