Name: three-dimensional patterning of engineered biofilms with a do-it-yourself bioprinter
Uploaded: 2019-05-16T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Three-dimensional Patterning of Engineered Biofilms with a Do-it-yourself Bioprinter at JoVE.com

Эта работа была поддержана грантом АОАР (No. FA2386-18-1-4059), Нидерландская организация научных исследований (НВО/OCW) в рамках программы "границы нанонауки" и программы "передовые материалы NWO-НФК" (No 729.001.016). Авторы признают лабораторную помощь Рамона ван дер валка и Роланда Киффер.

1. Преобразование коммерческого 3D-принтера в 3D-биоинтер
<ol><li>Удалите экструдер и нагреватель коммерческого 3D-принтера (таблица материалов) из рамы принтера и отключите проводки, контролирующие эти элементы, от основной печатной платы (рис. 1a). Поскольку датчик, ...

<ol>
	<li>Tibbitt, M. W., Rodell, C. B., Burdick, J. A., Anseth, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Progress+in+material+design+for+biomedical+applications.">Progress in material design for biomedical applications.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (47), 14444-14451 (2015).</li><li>Schmieden, D. T., 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+of+Patterned,+Engineered+E.+coli+Biofilms+with+a+Low-Cost+3D+Printer.">Printing of Patterned, Engineered E. coli Biofilms with a Low-Cost 3D Printer.</a> ACS Synthetic Biology. 7 (5), 1328-1337 (2018).</li><li>Mao, L. B., 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=Synthetic+nacre+by+predesigned+matrix-directed+mineralization.">Synthetic nacre by predesigned matrix-directed mineralization.</a> Science. 354 (6308), 107-110 (2016).</li><li>Gao, H. L., 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=Mass+production+of+bulk+artificial+nacre+with+excellent+mechanical+properties.">Mass production of bulk artificial nacre with excellent mechanical properties.</a> Nature Communications. 8 (1), 287 (2017).</li><li>Poirier, Y., Nawrath, C., Somerville, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Production+of+Polyhydroxyalkanoates,+a+Family+of+Biodegradable+Plastics+and+Elastomers,+in+Bacteria+and+Plants.">Production of Polyhydroxyalkanoates, a Family of Biodegradable Plastics and Elastomers, in Bacteria and Plants.</a> Nature Biotechnology. 13, 142-150 (1995).</li><li>Choi, S. 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=One-step+fermentative+production+of+poly(lactate-co-glycolate)+from+carbohydrates+in+Escherichia+coli.">One-step fermentative production of poly(lactate-co-glycolate) from carbohydrates in Escherichia coli.</a> Nature Biotechnology. 34 (4), 435-440 (2016).</li><li>Mohammadi, P., Toivonen, M. S., Ikkala, O., Wagermaier, W., Linder, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aligning+cellulose+nanofibril+dispersions+for+tougher+fibers.">Aligning cellulose nanofibril dispersions for tougher fibers.</a> Scientific Reports. 7 (1), 11860 (2017).</li><li>Jonkers, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bacteria-based+self-healing+concrete.">Bacteria-based self-healing concrete.</a> Heron. 56 (1/2), (2011).</li><li>Schmieden, D. T., Meyer, A. S., Aubin-Tam, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+bacteria+to+make+improved,+nacre-inspired+materials.">Using bacteria to make improved, nacre-inspired materials.</a> MRS Advances. 1 (8), 559-564 (2016).</li><li>Zhong, C., 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=Strong+underwater+adhesives+made+by+self-assembling+multi-protein+nanofibres.">Strong underwater adhesives made by self-assembling multi-protein nanofibres.</a> Nature Nanotechnology. 9 (10), 858-866 (2014).</li><li>Chen, A. 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=Synthesis+and+patterning+of+tunable+multiscale+materials+with+engineered+cells.">Synthesis and patterning of tunable multiscale materials with engineered cells.</a> Nature Materials. 13 (5), 515-523 (2014).</li><li>Gatenholm, P., Klemm, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bacterial+Nanocellulose+as+a+Renewable+Material+for+Biomedical+Applications.">Bacterial Nanocellulose as a Renewable Material for Biomedical Applications.</a> MRS Bulletin. 35, 208-213 (2010).</li><li>Rodriguez-Carmona, E., Villaverde, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanostructured+bacterial+materials+for+innovative+medicines.">Nanostructured bacterial materials for innovative medicines.</a> Trends in Microbiology. 18 (9), 423-430 (2010).</li><li>Hung, C., 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=Escherichia+coli+biofilms+have+an+organized+and+complex+extracellular+matrix+structure.">Escherichia coli biofilms have an organized and complex extracellular matrix structure.</a> MBio. 4 (5), (2013).</li><li>Donlan, R. M., Costerton, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biofilms:+Survival+Mechanisms+of+Clinically+Relevant+Microorganisms.">Biofilms: Survival Mechanisms of Clinically Relevant Microorganisms.</a> Clinical Microbiology Reviews. 15 (2), 167-193 (2002).</li><li>Wu, H., Moser, C., Wang, H. Z., Hoiby, N., Song, Z. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strategies+for+combating+bacterial+biofilm+infections.">Strategies for combating bacterial biofilm infections.</a> International Journal of Oral Science. 7 (1), 1-7 (2015).</li><li>Stewart, P. S., Franklin, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physiological+heterogeneity+in+biofilms.">Physiological heterogeneity in biofilms.</a> Nature Reviews Microbiology. 6 (3), 199-210 (2008).</li><li>Kikuchi, T., Mizunoe, Y., Takade, A., Naito, S., Yoshida, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Curli+Fibers+Are+Required+for+Development+of+Biofilm+Architecture+in+Escherichia+coli+K-12+and+Enhance+Bacterial+Adherence+to+Human+Uroepithelial+Cells.">Curli Fibers Are Required for Development of Biofilm Architecture in Escherichia coli K-12 and Enhance Bacterial Adherence to Human Uroepithelial Cells.</a> Microbiology and Immunology. 49 (9), 875-884 (2005).</li><li>Cranford, S., Buehler, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Materiomics:+biological+protein+materials,+from+nano+to+macro.">Materiomics: biological protein materials, from nano to macro.</a> Nanotechnology, Science and Applications. 3, 127-148 (2010).</li><li>Lehner, B. A. E., Schmieden, D. T., Meyer, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Straightforward+Approach+for+3D+Bacterial+Printing.">A Straightforward Approach for 3D Bacterial Printing.</a> ACS Synthetic Biology. 6 (7), 1124-1130 (2017).</li><li>Wang, X., Smith, D. R., Jones, J. W., Chapman, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+polymerization+of+a+functional+Escherichia+coli+amyloid+protein.">In vitro polymerization of a functional Escherichia coli amyloid protein.</a> Journal of Biological Chemistry. 282 (6), 3713-3719 (2007).</li><li>Hammar, M., Bian, Z., Normark, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nucleator-dependent+intercellular+assembly+of+adhesive+curli+organelles+in+Escherichia+coli.">Nucleator-dependent intercellular assembly of adhesive curli organelles in Escherichia coli.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 93 (13), 6562-6566 (1996).</li><li>Huang, Y. J., Xia, A. G., Yang, G., Jin, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioprinting+Living+Biofilms+through+Optogenetic+Manipulation.">Bioprinting Living Biofilms through Optogenetic Manipulation.</a> ACS Synthetic Biology. 7 (5), 1195-1200 (2018).</li><li>Jin, X. F., Riedel-Kruse, I. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biofilm+Lithography+enables+high-resolution+cell+patterning+via+optogenetic+adhesin+expression.">Biofilm Lithography enables high-resolution cell patterning via optogenetic adhesin expression.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 115 (14), 3698-3703 (2018).</li><li>Stewart, P. S., Franklin, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physiological+heterogeneity+in+biofilms.">Physiological heterogeneity in biofilms.</a> Nature Reviews Microbiology. 6 (3), 199-210 (2008).</li><li>Percival, S. L., Suleman, L., Vuotto, C., Donelli, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Healthcare-associated+infections,+medical+devices+and+biofilms:+risk,+tolerance+and+control.">Healthcare-associated infections, medical devices and biofilms: risk, tolerance and control.</a> Journal of Medical Microbiology. 64, 323-334 (2015).</li></ol>

Протокол, представленный здесь для 3D-печати инженерных биопленок, имеет два критических шага. Во-первых, является подготовка поверхности агаровой печати, которая является наиболее важным фактором для производства конкретного разрешения печати. Важно обеспечить, чтобы поверхность печ...

В настоящее время растет потребность в разработке экологически чистых, устойчивых решений для производства материалов с территориально-узором, в связи с расширением числа рынков для таких материалов1. Эта статья представляет простой, экономичный метод для производства таких материалов и, следовательно, предлагает широкий спектр будущих приложений. Представленный здесь метод позволяет трехмерную (3D) печать пространно-узорных конструкций с использованием био-чернил, содержащей живые бактерии. Бактерии остаются жизнеспособными в печатных структурах в течение более одной недели, что позволяет бактериям выполнять естественные или инженерные метаболические действия. Печатные бактерии могут тем самым производить и депозит желаемых компонентов в рамках печатной структуры, например, создание функциональных кросс-связанной биопленки2.
Традиционные методы производства передовых материалов связаны с высокими энергетическими расходами (например, высокими температурами и/или давлением) и могут производить большое количество химических отходов, часто токсичных веществ, которые требуют широкого использования с высокой стоимостью3 ,4. В отличие от этого, несколько бактериальных видов способны производить материалы, которые могут быть легко применимы в различных отраслях промышленности. К ним относятся полимеры, такие как полигидрокяльканоаты (ГФА)5 или поли (гликолиде-Co-lactide) (плгла)6, Бактериальная целлюлоза7, бактериальные бетонные материалы8, Биомиметические композиты9, Амилоид основе клеи10, или био основе электрических переключателей11, среди других. Кроме того, бактериальное производство ценных материалов, как правило, происходит при близкой температуре и давлении и в окружающих средах, без необходимости или производства токсичных соединений. В то время как производство материалов с бактериями было продемонстрировано в литературе и некоторые промышленные приложения уже появились12,13, надежный метод для пространственного паттерна таких материалов остается проблемой.
Эта статья демонстрирует прямой метод превращения недорогого коммерческого 3D-принтера в 3D-бактериальный принтер. Протокол показывает, как подготовить био-чернила, содержащие и поддержания живых бактерий, а также как подготовить субстраты, на которых 3D печать может быть выполнена. Этот метод подходит для использования с различными природными и инженерии бактериальных штаммов, способных производить материалы. Эти бактерии могут быть территориально распределены в 3D печатной структуры и по-прежнему продолжать свою метаболическую активность, что приведет к пространственному распределению желаемых материалов, производимых бактериями.
Этот метод печати позволяет аддитивное производство биопленок, агрегатов бактерий, окруженных самодпроизводной внеклеточной матрицей. Биопленки являются неоднородными 3D-сетями, в которых белки, полимеры, бактериальные клетки, кислород и питательные вещества являются территориально структурированными14. В виде биопленки бактерии проявляют повышенную устойчивость к антибиотикам и структурную устойчивость, что затрудняет их ликвидацию на поверхностях, включая медицинские катетеры и имплантаты. Ключом к свойствам биопленки, а также крупнейший вызов биопленки исследования, кажется, гетерогенность биопленок15,16,17. Особый интерес представляет производство биопленок, контролируемых в рамках территориально-пространственной модели, поскольку это позволит либо воспроизводить, либо настраивать пространственные структуры компонентов биопленки, способствуя пониманию стабильного осаждения биопленок практически на любой поверхности в Природа.
Эта статья представляет собой метод для производства биопленок с использованием 3D-печатных гидрогелей, содержащих модифицированные бактерии E. coli , которые производят протеины биопленки в присутствии индуктор, а также методы верификации формирования биопленки2 . Основные внеклеточные матрицы компоненты этих биопленок являются curli амилоидных волокон18 , которые содержат самособранном CGA белков. При инженерии E. coli бактерии индуцируется, чтобы выразить белки КПГА, они образуют стабильную модель биопленки, которая защищает клетки от смывается поверхности печати. Такая трехмерная биопленка может быть территориально контролируемой и может послужить полезным исследовательским инструментом для исследования структуры многомасштабной биопленки-механики функций или материаломики19. Эти индивидуальные биопленки помогут пониманию принципов формирования биопленки и их механических свойств, что позволит дополнительно исследовать механизмы устойчивости к антибиотикам среди других применений.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>3D printer</td>
			<td>CoLiDo</td>
			<td>3D-P Kit</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3D printing software</td>
			<td>CoLiDo</td>
			<td>Print-Rite ColiDo Repetier-Host v2.0.1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agar</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>05040</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CaCl2 dihydrate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>C7902</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>5810 R</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chloramphenicol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>3886.1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LB broth powder</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>L3022</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Orbital shaker</td>
			<td>VWR</td>
			<td>89032-092</td>
			<td>Model 3500</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Petri dish</td>
			<td>VWR</td>
			<td>25384-326</td>
			<td>150 x 15 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rhamnose</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>83650</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicon tubing</td>
			<td>VWR&#160;</td>
			<td>DENE 3100103/25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe pump</td>
			<td>ProSense B.V.&#160;</td>
			<td>NE-300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium alginate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>W201502</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium citrate monobasic</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>71498</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium hydrooxide</td>
			<td>VWR</td>
			<td>28244.295</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

three-dimensional patterning of engineered biofilms with a do-it-yourself bioprinter

Биопленки представляют собой агрегаты бактерий, встроенных в самопроизводно-узорный внеклеточный матрикс. Бактерии внутри биопленки развивают повышенную устойчивость к антибиотикам, которая создает потенциальную опасность для здоровья, но также может быть полезной для экологических применений, таких как очистка питьевой воды. Дальнейшее развитие антибактериальных терапевтических и биопленки-вдохновил приложений потребует разработки воспроизводимых, инженерный методы для создания биопленки. Недавно был разработан новый метод приготовления биопленки с использованием модифицированного трёхмерного (3D) принтера с бактериальной краской. В этой статье описываются шаги, необходимые для создания этой эффективной, недорогой 3D биофинтер, который предлагает несколько применений в бактериально-индуцированной обработки материалов. Протокол начинается с адаптированного коммерческого 3D принтера, в котором экструдер был заменен на био-чернила распылитель подключен к системе шприца насос позволяет управляемый, непрерывный поток био-чернил. Для разработки био-чернил подходит для биопленки печати, инженерии кишечной палочки бактерии были приостановлены в растворе альгината, так что они затвердевают в контакте с поверхностью, содержащей кальций. Включение индуктор химического вещества в печать субстрата диски выражения биопленки белков в печатных био-чернил. Этот метод позволяет 3D печать различных пространственных паттернов, состоящих из дискретных слоев печатных биопленок. Такие территориально контролируемые биопленки могут служить в качестве модельных систем и могут находить применение в различных областях, которые оказывают широкомасштабное воздействие на общество, включая профилактику устойчивости к антибиотикам или очистку питьевой воды, в частности.

Первым шагом для успешной 3D-печати биопленок является преобразование коммерческого 3D-принтера в биоинтер. Это преобразование достигается путем удаления экструдера и нагревателя принтера, предназначенные для печати с полимерных чернил, и заменив их компонентами, под...

Watch this Scientific Journal Video about Three-dimensional Patterning of Engineered Biofilms with a Do-it-yourself Bioprinter at JoVE.com

Three-dimensional Patterning of Engineered Biofilms with a Do-it-yourself Bioprinter

В этой статье описывается метод превращения недорогого коммерческого 3D-принтера в бактериальный 3D-принтер, который может облегчить печать узорчатых биопленок. Описаны все необходимые аспекты подготовки биопроинтера и био-чернил, а также методы верификации для оценки формирования биопленок.

Трехмерная паттерна инженерных биопленок с сделай-сам Биопринтер

Biofilms are aggregates of bacteria embedded in a self-produced spatially-patterned extracellular matrix. Bacteria within a biofilm develop enhanced ...

3D биопечать с бактериями является недавно разработанной техникой. Этот протокол обеспечивает простой способ построения инженерных биопленок 3D напечатаны с бактериями. Основным преимуществом этой техники является возможность производства 3D печатных биопленок с помощью недорогого домашнего 3D принтера.Одним из возможных применений нашего 3D принтера является создание воспроизводимых моделей биопленок, которые могут быть использованы для разработки новых антибактериальных методов лечения. Наш подход к 3D-печати может быть применен к любому типу бактерий, которые совместимы с нашим биоинком на основе альгината. Подготовка биоотвода и печатных субстратов является довольно стандартными процедурами, в то время как процесс 3D-печати, особенно калибровка оси З, является важным шагом, который требует некоторой практики.Калибровка высоты набора доступа будет влиять на разрешение нашего 3D принтера, и сильно зависит от личного опыта. Эта процедура требует ручных корректировок, и ее трудно описать в письменном формате. Подключите 200 микролитровый наконечник пипетки к длине силиконовых труб, и смонтировать наконечник пипетки на экструдер голову 3D принтера в качестве замены для оригинального экструдера.Затем добавьте четыре миллилитров раствора хлорида молярного кальция в 400 миллилитров 1%агара, растворенного в бульоне Лурия-Бертани, и дополните его соответствующими антибиотиками и индукторами. Затем разбей 20 миллилитров раствора LB-агара в каждую 150-миллиметровую чашку Петри на 15 миллиметров. Высушите блюдо в течение 30 минут при комнатной температуре, с крышкой наполовину открытым.Приготовьте раствор альгината натрия 3%натрия и нагрейте его до кипения три раза, чтобы стерилизовать раствор. Затем храните стерильный раствор при четырех градусах Цельсия, пока он не будет использован. Чтобы подготовить бактериальный компонент биоинк, вырастить бактерии E.coli проведения плазмидов для составного экспрессии GFP в 50 миллилитров LB среды, содержащей антибиотики.Встряхните культуру при 250 об/мин и 37 градусов по Цельсию за одну ночь. После ночного роста культуры, гранулы бактерий в течение пяти минут в 3, 220 раз тяжести, а затем удалить супернатант. Resuspend бактерии гранулы в 10 миллилитров LB среды, и добавить 10 миллилитров 3%натрия альгината.Подключите 3D-принтер к компьютеру и откройте программное обеспечение для 3D-печати. Нажмите кнопку «Домой» для осей X, Y и q, чтобы переместить печатную головку в домашнее положение. Для каждого отпечатка поместите подготовленный печатный субстрат на определенное место на печатной кровати.Поднимите печатаную головку на высоту более 22 миллиметров под ручным управлением, чтобы она не столкнулась с краем чашки Петри во время движения. Распоить печатаную головку поверх пластины и перемещать ее вниз до тех пор, пока наконечник пипетки не свяжется с поверхностью печати. Присвоите это положение оси no1, высоту поверхности печати.Затем поднимите печатаную головку и вручную перемести ее за пределы области пластины. Если рабочее расстояние между печатной головой и поверхностью пластины определяется как No2, введите высоту поверхности печати плюс рабочее расстояние в программу печати в качестве значения q во время печати. Загрузите заранее запрограммированный файл G-кода, содержащий команды для печати нужной формы.На каждой командной строке положение печатной головки может быть изменено в осях X, Y и q. Не забудьте ввести значение q во время всех этапов печати как высота поверхности печати плюс рабочее расстояние. Загрузите жидкое биоинку в шприцы и смонтировать их в шприц-насосе 3D биопринтера.Затем установите скорость экструзии до 0,3 миллилитров в час. Печать биоинк на печать субстрата, нажав кнопку печати. Подождите, чтобы начать шприц насос до тех пор, пока после начала печати, и до печати головка вступает в контакт с поверхностью печати.Во время печати, контролировать движение печати головы полностью с помощью программного обеспечения. Остановите шприц-насос, как только печатная головка прибудет в последнюю точку печати, в противном случае избыток биоотвода упадет на печатный субстрат и уменьшит разрешение печати. При строительстве 3D-конструкций все движения печатной головки контролируются в редакторе G-кода.Чтобы увеличить высоту печати для второго слоя, ввемите высоту печати первого слоя и увеличьте значение q в коде на 0,2 миллиметра. После этого увеличьте значение q на 0,1 миллиметра при перемещении к более высокому слою. Инкубировать печатные образцы при комнатной температуре в течение трех-шести дней, чтобы обеспечить производство компонентов биопленки, таких как волокна Curli.Затем поместите пластину на флуоресцентный сканер и изображение пластин. Чтобы растворить альгинатную матрицу, добавьте 20 миллилитров раствора цитратов натрия 0,5 моляра при рН 7 к печатаемому субстрату. Инкубировать пластину при комнатной температуре в течение двух часов при встряхивании при 30 об/мин.Затем, отбросить жидкость и изображение пластин снова, чтобы сравнить с изображениями пластин до и после лечения цитратом. 3D биопринтер может создавать бактерии, инкапсулирующие гидрогели в различных двумерных и трехмерных формах. Эти печатные формы могут быть использованы для оценки того, является ли образование биопленки было успешным, или если альгинат матрицы полностью растворяется с помощью раствора цитрата натрия.В случае биоинк без неопроизводимой плазмиды производства Curli, печатный узор был полностью растворен после лечения цитратом натрия, что означает, что не сформировалась сеть биопленки Curli. Бактерии, содержащие неопроизводимую плазмиду производства Curli, не растворялись после лечения цитратом натрия, что указывает на то, что напечатанные бактерии смогли сформировать сеть Curli достаточно обширной, чтобы стабилизировать печатную структуру бактерий. Для построения многослойных структур можно распечатать дополнительные слои, контролируя редактор G-кода.Увеличение количества печатных слоев в образце привело к постепенной увеличению ширины и высоты печатных конструкций. Когда E.coli инженерии для inducibly производить Белки Curli были напечатаны в многослойных структур, лечения цитратом натрия не растворяют образцы, в то время как многослойные структуры, содержащие не Curli производства E.coli были растворены. Наиболее важными частями процедуры 3D-печати являются калибровка оси И, а также координация запуска печати и запуска шприц-насоса.Биоинк, разработанный для этого процесса, довольно мягкий, с низкой прочностью. Для обеспечения и улучшения механической устойчивости биоутмов можно было бы внести дальнейшие изменения в биоинку. Этот метод 3D-печати позволяет изготавливать биопленки с отличными механическими свойствами, что может позволить изготовить биомиметические материалы.При обращении с этими бактериями, носить надлежащую защиту, такие как перчатки.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Three-dimensional Optical-resolution Photoacoustic Microscopy

Трехмерная оптическая разрешением Фотоакустическая микроскопии

Optical microscopy, providing valuable insights at the cellular and organelle levels, has been widely recognized as an enabling biomedical technology. As ...

Planar and Three-Dimensional Printing of Conductive Inks

Плоские и трехмерной печати проводящей краски

Printed electronics rely on low-cost, large-area fabrication routes to create flexible or multidimensional electronic, optoelectronic, and biomedical ...

Investigating the Three-dimensional Flow Separation Induced by a Model Vocal Fold Polyp

Исследование трехмерного разделения потока, вызванного моделью Vocal Fold Polyp

The fluid-structure energy exchange process for normal speech has been studied extensively, but it is not well understood for pathological conditions. ...

Analysis of Cell Migration within a Three-dimensional Collagen Matrix

Анализ миграции клеток в трехмерном коллагеновой матрице

The ability to migrate is a hallmark of various cell types and plays a crucial role in several physiological processes, including&#160;embryonic ...

Generation of a Three-dimensional Full Thickness Skin Equivalent and Automated Wounding

Генерация трехмерной всю толщину кожи Эквивалент техники и автоматизированных Ранение

In vitro models are a cost effective and ethical alternative to study cutaneous wound healing processes. Moreover, by using human cells, these models ...

Rapid Subtractive Patterning of Live Cell Layers with a Microfluidic Probe

Rapid Субтрактивный структурирование живых слоев клеток с микрожидком Probe

The microfluidic probe (MFP) facilitates performing local chemistry on biological substrates by confining nanoliter volumes of liquids. Using one ...

Three-dimensional Tissue Engineered Aligned Astrocyte Networks to Recapitulate Developmental Mechanisms and Facilitate Nervous System Regeneration

Трехмерные ткани спроектированы в соответствие экзоцитоз сетей для пилки развития механизмов и содействия регенерации нервной системы

Neurotrauma and neurodegenerative disease often result in lasting neurological deficits due to the limited capacity of the central nervous system (CNS) to ...

Melt Electrospinning Writing of Three-dimensional Poly(&#949;-caprolactone) Scaffolds with Controllable Morphologies for Tissue Engineering Applications

Melt Electrospinning Writing of Three-dimensional PolyÃƒÆ’Ã…Â½Ãƒâ€šÃ‚Âµ-caprolactone Scaffolds with Controllable Morphologies for Tissue Engineering Applications

Расплава Electrospinning написания трехмерных Poly(ε-caprolactone) леса с контролируемым морфологии тканей инженерных приложений

This tutorial reflects on the fundamental principles and guidelines for electrospinning writing with polymer melts, an additive manufacturing technology ...

Three-dimensional Printing of Thermoplastic Materials to Create Automated Syringe Pumps with Feedback Control for Microfluidic Applications

Трехмерная печать термопластических материалов для создания автоматических насосов шприц с обратной связью для Microfluidic приложений

Microfluidics has become a critical tool in research across the biological, chemical, and physical sciences. One important component of microfluidic ...

Lab-on-a-CD Platform for Generating Multicellular Three-dimensional Spheroids

Платформа Lab-on-a-CD для генерации многоклеточных трехмерных сфероидов

A three-dimensional spheroid cell culture can obtain more useful results in cell experiments because it can better simulate cell microenvironments of the ...