Name: 3d printing of in vitro hydrogel microcarriers by alternating viscous-inertial force jetting
Uploaded: 2021-04-21T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about 3D Printing of In Vitro Hydrogel Microcarriers by Alternating Viscous-Inertial Force Jetting at JoVE.com

تم دعم هذا العمل من قبل مؤسسة بكين للعلوم الطبيعية (3212007) ، وبرنامج البحث العلمي لمبادرة جامعة تسينغهوا (20197050024) ، وصندوق نسيم الربيع بجامعة تسينغهوا (20201080760) ، والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (51805294) ، والبرنامج الوطني الرئيسي للبحث والتطوير في الصين (2018YFA0703004) ، ومشروع 111 (B17026).

1. زراعة الخلايا
<ol><li>تكملة الحد الأدنى من الوسط الأساسي المعدل من Dulbecco عالي الجلوكوز (H-DMEM) مع 10٪ مصل بقري جنيني (FBS) ، و 1٪ محلول حمض أميني غير أساسي (NEAA) ، و 1٪ بنسلين G و streptomycin، و 1٪ ملحق الجلوتامين كوسائط ثقافة لخلايا A549.</li>
	<li>زراعة خلايا A549 في حاضنة CO2 عند 37 درجة مئوية ومع 5٪ CO2
</li>
	...

<ol>
	<li>Chen, A. K., Reuveny, S., Oh, S. K. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+human+mesenchymal+and+pluripotent+stem+cell+microcarrier+cultures+in+cellular+therapy:+Achievements+and+future+direction.">Application of human mesenchymal and pluripotent stem cell microcarrier cultures in cellular therapy: Achievements and future direction.</a> Biotechnol Advances. 31, 1032-1046 (2013).</li><li>Li, 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=Past,+present,+and+future+of+microcarrier-based+tissue+engineering.">Past, present, and future of microcarrier-based tissue engineering.</a> Journal of Orthopaedic Translation. 3, 51-57 (2015).</li><li>Badenes, S. M., Fernandes, T. G., Rodrigues, C. A. V., Diogo, M. M., Cabral, J. M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microcarrier-based+platforms+for+in+vitro+expansion+and+differentiation+of+human+pluripotent+stem+cells+in+bioreactor+culture+systems.">Microcarrier-based platforms for in vitro expansion and differentiation of human pluripotent stem cells in bioreactor culture systems.</a> Journal of Biotechnol. 234, 71-82 (2016).</li><li>de Soure, A. M., Fernandes-Platzgummer, A., Da Silva, C. L., Cabral, J. M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scalable+microcarrier-based+manufacturing+of+mesenchymal+stem/stromal+cells.">Scalable microcarrier-based manufacturing of mesenchymal stem/stromal cells.</a> Journal of Biotechnol. 236, 88-109 (2016).</li><li>Naqvi, S. 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=Living+cell+factories+-+electrosprayed+microcapsules+and+microcarriers+for+minimally+invasive+delivery.">Living cell factories - electrosprayed microcapsules and microcarriers for minimally invasive delivery.</a> Advanced Materials. 28, 5662-5671 (2016).</li><li>Sarkar, S., 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=Chitosan:+A+promising+therapeutic+agent+and+effective+drug+delivery+system+in+managing+diabetes+mellitus.">Chitosan: A promising therapeutic agent and effective drug delivery system in managing diabetes mellitus.</a> Carbohydrate Polymers. 247, (2020).</li><li>Sulaiman, S. B., Idrus, R. B. H., Hwei, N. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gelatin+microsphere+for+cartilage+tissue+engineering:+current+and+future+strategies.">Gelatin microsphere for cartilage tissue engineering: current and future strategies.</a> Polymers. 12, (2020).</li><li>Huang, L., Abdalla, A. M. E., Xiao, L., Yang, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biopolymer-based+microcarriers+for+three-dimensional+cell+culture+and+engineered+tissue+formation.">Biopolymer-based microcarriers for three-dimensional cell culture and engineered tissue formation.</a> International Journal of Molecular Sciences. 21, (2020).</li><li>Isiklan, N., Tokmak, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+thermo/pH-responsive+chitosan+coated+pectin-graft-poly(N,+N-diethyl+acrylamide)+microcarriers.">Development of thermo/pH-responsive chitosan coated pectin-graft-poly(N, N-diethyl acrylamide) microcarriers.</a> Carbohydrate Polymers. 218, 112-125 (2019).</li><li>Lau, T. T., Wang, C., Wang, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+delivery+with+genipin+crosslinked+gelatin+microspheres+in+hydrogel/microcarrier+composite.">Cell delivery with genipin crosslinked gelatin microspheres in hydrogel/microcarrier composite.</a> Composites Science &amp; Technology. 70, 1909-1914 (2010).</li><li>Lau, T. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogel-microcarrier+composite+systems+for+cell+delivery+in+tissue+engineering.">Hydrogel-microcarrier composite systems for cell delivery in tissue engineering.</a> Acta Biomaterialia. 10, 1646-1662 (2014).</li><li>Kwon, Y. J., Peng, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calcium-alginate+gel+bead+cross-linked+with+gelatin+as+microcarrier+for+anchorage-dependent+cell+culture.">Calcium-alginate gel bead cross-linked with gelatin as microcarrier for anchorage-dependent cell culture.</a> Biotechniques. 33, 218 (2002).</li><li>Leach, J. B., Bivens, K. A., Patrick, C. W., Schmidt, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photocrosslinked+hyaluronic+acid+hydrogels:+natural,+biodegradable+tissue+engineering+scaffolds.">Photocrosslinked hyaluronic acid hydrogels: natural, biodegradable tissue engineering scaffolds.</a> Biotechnology &amp; Bioengineering. 82, 578-589 (2003).</li><li>Kurisawa, M., Chung, J. E., Yang, Y. Y., Gao, S. J., Uyama, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Injectable+biodegradable+hydrogels+composed+of+hyaluronic+acid-tyramine+conjugates+for+drug+delivery+and+tissue+engineering.">Injectable biodegradable hydrogels composed of hyaluronic acid-tyramine conjugates for drug delivery and tissue engineering.</a> Chemical Communications. 34, 4312-4314 (2005).</li><li>Yao, R., Alkhawtani, A. Y. F., Chen, R., Luan, J., Xu, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+and+efficient+in+vivo+angiogenesis+directed+by+electro-assisted+bioprinting+of+alginate/collagen+microspheres+with+human+umbilical+vein+endothelial+cell+coating+layer.">Rapid and efficient in vivo angiogenesis directed by electro-assisted bioprinting of alginate/collagen microspheres with human umbilical vein endothelial cell coating layer.</a> International Journal of Bioprinting. 5, 194 (2019).</li><li>Mahou, R., Vlahos, A. E., Shulman, A., Sefton, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interpenetrating+alginate-collagen+polymer+network+microspheres+for+modular+tissue+engineering.">Interpenetrating alginate-collagen polymer network microspheres for modular tissue engineering.</a> Acs Biomaterials Science &amp; Engineering. 4 (11), 3704-3712 (2017).</li><li>Aftab, 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=Microfluidic+platform+for+encapsulation+of+plant+extract+in+chitosan+microcarriers+embedding+silver+nanoparticles+for+breast+cancer+cells.">Microfluidic platform for encapsulation of plant extract in chitosan microcarriers embedding silver nanoparticles for breast cancer cells.</a> Applied Nanoscience. 10, 2281-2293 (2020).</li><li>Park, W., 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=Microfluidic-printed+microcarrier+for+in+vitro+expansion+of+adherent+stem+cells+in+3D+culture+platform.">Microfluidic-printed microcarrier for in vitro expansion of adherent stem cells in 3D culture platform.</a> Macromolecular Bioscience. 19, (2019).</li><li>Chui, 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=Electrosprayed+genipin+cross-linked+alginate-chitosan+microcarriers+for+ex+vivo+expansion+of+mesenchymal+stem+cells.">Electrosprayed genipin cross-linked alginate-chitosan microcarriers for ex vivo expansion of mesenchymal stem cells.</a> Journal of Biomedical Materials Research Part A. 107, 122-133 (2019).</li><li>Min, N. G., Ku, M., Yang, J., Kim, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+production+of+uniform+microcarriers+with+multicompartments+through+phase+separation+in+emulsion+drops.">Microfluidic production of uniform microcarriers with multicompartments through phase separation in emulsion drops.</a> Chemistry of Materials. 28 (5), 1430-1438 (2016).</li><li>Park, W., Jang, S., Kim, T. W., Bae, J., Lee, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic-printed+microcarrier+for+in+vitro+expansion+of+adherent+stem+cells+in+3D+culture+platform.">Microfluidic-printed microcarrier for in vitro expansion of adherent stem cells in 3D culture platform.</a> Macromolecular Bioscience. 19, (2019).</li><li>Xu, T., Kincaid, H., Atala, A., Yoo, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-Throughput+Production+of+Single-Cell+Microparticles+Using+an+Inkjet+Printing+Technology.">High-Throughput Production of Single-Cell Microparticles Using an Inkjet Printing Technology.</a> Journal of Manufacturing Science &amp; Engineering. 130, 137-139 (2008).</li><li>Rao, W., 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=Enhanced+enrichment+of+prostate+cancer+stem-like+cells+with+miniaturized+3D+culture+in+liquid+core-hydrogel+shell+microcapsules.">Enhanced enrichment of prostate cancer stem-like cells with miniaturized 3D culture in liquid core-hydrogel shell microcapsules.</a> Biomaterials. 27 (27), 7762-7773 (2014).</li><li>Choi, C. H., Weitz, D. A., Lee, C. S. <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+formation+of+controllable+complex+emulsions:+From+functional+particles+to+simultaneous+encapsulation+of+hydrophilic+and+hydrophobic+agents+into+desired+position.">One step formation of controllable complex emulsions: From functional particles to simultaneous encapsulation of hydrophilic and hydrophobic agents into desired position.</a> Advanced Materials. 25, 2536-2541 (2013).</li><li>Choi, A., Seo, K. D., Kim, D. W., Kim, B. C., Dong, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+advances+in+engineering+microparticles+and+their+nascent+utilization+in+biomedical+delivery+and+diagnostic+applications.">Recent advances in engineering microparticles and their nascent utilization in biomedical delivery and diagnostic applications.</a> Lab On A Chip. 17 (4), 591-613 (2017).</li><li>Liu, T., Pang, Y., Zhou, Z., Yao, R., Sun, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+integrated+cell+printing+system+for+the+construction+of+heterogeneous+tissue+models.">An integrated cell printing system for the construction of heterogeneous tissue models.</a> Acta Biomaterialia. 95, 245-257 (2019).</li><li>Hassan, 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=Functional+inks+and+extrusion-based+3D+printing+of+2D+materials:+a+review+of+current+research+and+applications.">Functional inks and extrusion-based 3D printing of 2D materials: a review of current research and applications.</a> NANOSCALE. 12, 19007-19042 (2020).</li><li>Vithani, 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=An+overview+of+3D+printing+technologies+for+soft+materials+and+potential+opportunities+for+lipid-based+drug+delivery+systems.">An overview of 3D printing technologies for soft materials and potential opportunities for lipid-based drug delivery systems.</a> Pharmaceutical Research. 36, (2019).</li></ol>

يوفر البروتوكول الموضح هنا تعليمات لإعداد أنواع متعددة من ناقلات الهيدروجيل الدقيقة وبذر الخلايا اللاحقة. بالمقارنة مع رقاقة الموائع الدقيقة وطرق الطباعة النافثة للحبر ، يوفر نهج AVIFJ لبناء الناقلات الدقيقة مرونة أكبر وتوافقا حيويا. تتيح الفوهة المستقلة استخدام مجموعة واسعة من الفوهات خ...

الناقلات الدقيقة هي خرز يبلغ قطره 60-250 ميكرومتر ومساحة سطح محددة كبيرة وتستخدم عادة لزراعة الخلايا على نطاق واسع1,2. يوفر سطحها الخارجي مواقع نمو وفيرة للخلايا ، ويوفر الجزء الداخلي بنية دعم للانتشار المكاني. يوفر الهيكل الكروي أيضا الراحة في مراقبة المعلمات والتحكم فيها ، بما في ذلك الرقم الهيدروجيني و O2 وتركيز العناصر الغذائية والأيضات. وعند استخدامها مع المفاعلات الحيوية للخزانات المقلوبة، يمكن للناقلات الدقيقة أن تحقق كثافات خلوية أعلى في حجم صغير نسبيا مقارنة بالثقافات التقليدية، مما يوفر طريقة فعالة من حيث التكلفة لتحقيق ثقافات واسعة النطاق3. أصبحت تكنولوجيا زراعة الناقلات الدقيقة واحدة من التقنيات الرئيسية في البحوث الخلوية، وتم إحراز تقدم كبير في مجال التوسع على نطاق واسع في الخلايا الجذعية، وخلايا الكبد، والخلايا الغضروفية والخلايا الليفية وغيرها من الهياكل4. كما وجد أنها مركبات مثالية لتوصيل الأدوية ووحدات من أسفل إلى أعلى، وبالتالي تلعب دورا متزايد الأهمية في فحص الأدوية السريرية وإصلاح هندسة الأنسجة في المختبر5.
لتلبية متطلبات الملكية الميكانيكية في سيناريوهات مختلفة ، تم تطوير أنواع متعددة من مواد الهيدروجيل لاستخدامها في بناء الناقلات الصغيرة6،7،8،9،10،11. تعد المواد الهلامية المائية للجينات وحمض الهيالورونيك (HA) من أكثر المواد الحاملة للميكرو استخداما بسبب توافقها الحيوي الجيد وقابليتها للربط المتبادل 12,13. يمكن ربط الجينات بسهولة بواسطة كلوريد الكالسيوم ، ويمكن تعديل خصائصه الميكانيكية عن طريق تغيير وقت الربط المتبادل. يرتبط HA المترافق مع التيرامين عن طريق الاقتران التأكسدي لموييتات التيرامين التي يحفزها بيروكسيد الهيدروجين وبيروكسيديز الفجل14. غالبا ما يستخدم الكولاجين ، بسبب هيكله الحلزوني الفريد وشبكة الألياف المتقاطعة ، كمادة مساعدة للخلط مع الناقلات الدقيقة لزيادة تعزيز ارتباط الخلايا15,16.
تشمل الطرق الحالية لإعداد الناقلات الدقيقة رقائق الموائع الدقيقة ، والطباعة النافثة للحبر ، والرش الكهربائي 17،18،19،20،21،22،23. وقد ثبت أن رقائق الموائع الدقيقة سريعة وفعالة في إنتاج ناقلات دقيقة موحدة الحجم24. ومع ذلك، تعتمد هذه التقنية على تصميم قناة تدفق معقدة وعملية تصنيع25. قد تؤثر درجات الحرارة العالية أو قوى البثق المفرطة أثناء الطباعة النافثة للحبر، فضلا عن المجالات الكهربائية الشديدة في نهج الرش الكهربائي، سلبا على خصائص المادة، وخاصة نشاطها البيولوجي19. إلى جانب ذلك ، عند تطبيقها على مختلف المواد الحيوية والأقطار ، فإن الفوهات المخصصة المستخدمة في هذه الطرق تؤدي إلى تعقيد معالجة محدود وتكلفة عالية ومرونة منخفضة.
لتوفير طريقة مريحة لإعداد microcarrier ، تم تطبيق تقنية طباعة 3D تسمى نفث القوى اللزجة بالقصور الذاتي بالتناوب (AVIFJ) لبناء ناقلات هيدروجيل دقيقة. تستخدم هذه التقنية قوى دافعة لأسفل وضغطا ثابتا يتم توليده أثناء الاهتزاز الرأسي للتغلب على التوتر السطحي لطرف الفوهة وبالتالي تشكيل قطرات. بدلا من القوى الشديدة والظروف الحرارية ، تعمل الإزاحات السريعة الصغيرة مباشرة على الفوهة أثناء الطباعة ، مما يسبب تأثيرا طفيفا على الخصائص الفيزيائية والكيميائية للحبر الحيوي ويوفر جاذبية كبيرة للمواد النشطة بيولوجيا. باستخدام طريقة AVIFJ ، تم تشكيل ناقلات دقيقة من مواد حيوية متعددة بأقطار تتراوح بين 100 و 300 ميكرومتر بنجاح. إلى جانب ذلك ، ثبت أن الناقلات الدقيقة تربط الخلايا جيدا وتوفر بيئة نمو مناسبة للخلايا الملتصقة.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>A549 cells</td>
			<td>ATCC</td>
			<td>CCL-185</td>
			<td>Human non-small cell lung cancer cell line</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bright field microscope</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>DP70</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Confocal microscope</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>TI-FL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal bovine serum, FBS</td>
			<td>BI</td>
			<td>04-001-1ACS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gelatin</td>
			<td>SIGMA</td>
			<td>G1890</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass micropipettes</td>
			<td>sutter instrument</td>
			<td>b150-110-10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GlutaMAX</td>
			<td>GIBCO</td>
			<td>35050-061</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>H-DMEM</td>
			<td>GIBCO</td>
			<td>11960-044</td>
			<td>Dulbecco&#39;s modified eagle medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Horseradish peroxidase powder</td>
			<td>SIGMA</td>
			<td>P6782</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrophobic agent</td>
			<td>3M</td>
			<td>PN7026</td>
			<td>Follow the manufacturer&#39;s instructions and use after dilution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro-forge device</td>
			<td>narishige</td>
			<td>MF-900</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Non-essential amino acids, NEAA</td>
			<td>GIBCO</td>
			<td>11140-050</td>
			<td>non-essential amino acids</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin G and streptomycin</td>
			<td>GIBCO</td>
			<td>15140-122</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Petri dish</td>
			<td>SIGMA</td>
			<td>P5731-500EA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Puller</td>
			<td>sutter instrument</td>
			<td>P-1000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium alginate</td>
			<td>SIGMA</td>
			<td>A0682</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypsin</td>
			<td>GIBCO</td>
			<td>25200-056</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Type I collagen solution from rat tail</td>
			<td>SIGMA</td>
			<td>C3867</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

3d printing of in vitro hydrogel microcarriers by alternating viscous-inertial force jetting

الناقلات الدقيقة هي حبات يبلغ قطرها 60-250 ميكرومتر ومساحة سطح محددة كبيرة ، والتي تستخدم عادة كحاملات لمزارع الخلايا واسعة النطاق. أصبحت تكنولوجيا زراعة الناقلات الدقيقة واحدة من التقنيات الرئيسية في البحوث الخلوية وتستخدم عادة في مجال توسيع الخلايا على نطاق واسع. كما ثبت أن الناقلات الدقيقة تلعب دورا متزايد الأهمية في بناء هندسة الأنسجة في المختبر وفحص الأدوية السريرية. تشمل الطرق الحالية لإعداد الناقلات الدقيقة رقائق الموائع الدقيقة والطباعة النافثة للحبر ، والتي غالبا ما تعتمد على تصميم قناة تدفق معقدة ، وواجهة غير متوافقة من مرحلتين ، وشكل فوهة ثابتة. تواجه هذه الطرق تحديات معالجة الفوهة المعقدة ، وتغييرات الفوهة غير المريحة ، وقوى البثق المفرطة عند تطبيقها على حبر حيوي متعدد. في هذه الدراسة ، تم تطبيق تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد ، والتي تسمى نفث القوة اللزجة بالقصور الذاتي بالتناوب ، لتمكين بناء ناقلات هيدروجيل صغيرة يبلغ قطرها 100-300 ميكرومتر. تم زرع الخلايا في وقت لاحق على الناقلات الدقيقة لتشكيل وحدات هندسة الأنسجة. بالمقارنة مع الطرق الحالية ، توفر هذه الطريقة قطر طرف فوهة مجاني ، وتبديل فوهة مرن ، وتحكم مجاني في معلمات الطباعة ، وظروف طباعة معتدلة لمجموعة واسعة من المواد النشطة بيولوجيا.

تم تصنيع رؤوس طباعة ذات معدلات تقارب وأقطار متنوعة لتحقيق طباعة أنواع متعددة من المواد. يتم عرض الفوهات التي تم الحصول عليها مع زيادة قوة السحب في الشكل 1B. تم تقسيم الفوهات إلى ثلاثة مجالات: الخزان (III) ، والانكماش (II) ، ورأس الطباعة (I). كان الخزان هو الجزء غير المعالج من الفوه?...

Watch this Scientific Journal Video about 3D Printing of In Vitro Hydrogel Microcarriers by Alternating Viscous-Inertial Force Jetting at JoVE.com

3D Printing of In Vitro Hydrogel Microcarriers by Alternating Viscous-Inertial Force Jetting

يظهر هنا تقنية طباعة 3D خفيفة مدفوعة بقوى لزجة بالقصور الذاتي بالتناوب لتمكين بناء ناقلات هيدروجيل دقيقة. توفر الفوهات محلية الصنع المرونة ، مما يسمح بسهولة الاستبدال للمواد والأقطار المختلفة. يمكن الحصول على الناقلات الدقيقة المرتبطة بالخلايا التي يبلغ قطرها 50-500 ميكرومتر وجمعها لمزيد من الثقافة.

الطباعة 3D من الناقلات الدقيقة هيدروجيل في المختبر عن طريق تناوب القوة اللزجة بالقصور الذاتي النفث

Microcarriers are beads with a diameter of 60-250 &#181;m and a large specific surface area, which are commonly used as carriers for large-scale cell ...

نحن نقدم عملية مطبوعة بيولوجيا خفيفة لإعداد الناقلات الدقيقة مع إمكانية تحكم جيدة وتوافق حيوي. بعد التغليف بواسطة الخلايا ، يمكن أيضا استخدام الناقلات في توسيع الخلايا في المختبر وبناء الأنسجة الدقيقة الوظيفية. تعمل الإزاحة المحدودة ، بدلا من القوى الشديدة في ظل ظروف مماثلة ، على الفوهة أثناء عملية الطباعة ، مما يحافظ على الخصائص الفيزيائية / الكيميائية الأصلية للحبر الحيوي إلى أقصى حد.بالإضافة إلى الناقلات الدقيقة التقليدية ، يمكن بناء وحدات ذات توزيع خلوي داخلي أو هياكل كبسولة مغلفة بالتريتوسين وتطبيقها على تجميع هياكل الأنسجة المختلفة. لإعداد الفوهة ، قم بتحميل الماصات الزجاجية الدقيقة على المجتذب وفقا لتعليمات الشركة المصنعة وقم بتعيين معلمات السحب للمسح. استخدم microforge لقطع الفوهة عند القطر المحدد للحصول على قطر الطرف المحدد للتجربة ، وتعقيم الفوهة في الكحول لمدة خمس دقائق.ثم شطف الفوهة ثلاث مرات بالماء المعقم لإزالة أي كحول متبقي. لإعداد الحبر الحيوي الهيدروجيل ، قم بتخفيف محلول مخزون ألجينات الصوديوم المعقم بنسبة 4٪ في 0.9٪ كلوريد الصوديوم بتركيزات 0.5 و 1 و 1.5 و 2٪ من الوزن حسب الحجم. لتشكيل القطرات الدقيقة، قم بتحميل خمسة ملليلترات من الحبر الحيوي في حقنة معقمة يمكن التخلص منها وقم بتثبيت المحقنة على مضخة حقنة.باستخدام خرطوم قطره الداخلي ملليمتر واحد، قم بتوصيل المحقنة وفوهة الطباعة. قم بشد برغي التثبيت لتثبيت الفوهة في مكانها وقم بخفض مضخة المحقنة بسرعة لتحميل الحبر الحيوي في الفوهة. اضبط معلمات مولد الإشارة واضبط مسبقا مسار الحركة ووضع الزناد للاهتزاز لينخفض عند الطلب.ثم اطبع القطرات باتباع الأنماط المصممة مسبقا. لتشكيل الناقلات الدقيقة ، أضف خمسة ملليلترات من محلول الربط المتقاطع إلى طبق بتري ، وضع الطبق تحت فوهة الطباعة كركيزة. بعد الطباعة ، قم بربط الناقلات الدقيقة لمدة ثلاث دقائق قبل نقل تعليق الناقل الصغير إلى أنبوب جهاز طرد مركزي.ثم قم بإثراء الناقلات الدقيقة عن طريق الطرد المركزي وإعادة تعليقها في وسط استزراع مناسب عند حوالي 600 ناقل صغير لكل ملليلتر. قبل تلقيحها ، استبدل السوبرناتانت من مزرعة خلايا A549 بخمسة ملليلترات من الوسط الخالي من المصل المكمل بصبغة CMFDA الخضراء لتعقب الخلايا الدقيقة 10 لمدة 30 دقيقة في حاضنة زراعة الخلايا. في نهاية الحضانة ، استبدل محلول الصبغة بوسط طازج وأعد تعليق الخلايا بكثافة 1.6 في 10 إلى الخلايا الست لكل ملليلتر من الوسط.أضف ملليلتر واحد من تعليق الناقل الدقيق إلى الخلايا وملليلتر واحد من خلايا A549 إلى كل بئر من صفيحة استزراع منخفضة الالتصاق من ستة آبار. ضع الطبق على شاكر في حاضنة زراعة الخلايا بمعدل 30 دورة في الدقيقة. في نهاية الحضانة ، قم بإزالة اللوحة من الخلاط واسمح للناقلات الدقيقة بالاستقرار لمدة 30 دقيقة قبل مراقبة وقياس فوهة الطباعة وأطباق بتري والخلايا الملقحة بالناقلات الدقيقة بواسطة المجهر الفلوري الساطع والمتحد البؤرة.باستخدام فوهة بطرف 30 ميكرومتر ، يمكن طباعة أنواع متعددة من الحبر الحيوي ، بما في ذلك PBS و 1.5٪ ألجينات و 1.5٪ جيلاتين بشكل ثابت على أطباق Petri. مع زيادة الأحبار في اللزوجة ، تصبح عملية الطباعة أكثر صعوبة بشكل متزايد وهناك حاجة إلى قوى دافعة أكبر للحصول على قطرات أكبر. يمكن تعيين معلمات الطباعة لطباعة القطرات في ترتيبات 2D محددة ، كما لوحظ في تجربة الطباعة هذه.قطر طرف الفوهة له تأثير مباشر على حجم الناقل الصغير الذي يمكن طباعته. كما لوحظ في هذه الصور ذات المجال الساطع ومتحد البؤرة ، تلتصق خلايا A549 بالناقلات الدقيقة للجينات والكولاجين بعد يومين من الزرع. بعد ستة أيام ، تغطي خلايا A549 بالكامل تقريبا أسطح الناقل الدقيق.بعد هذا الإجراء ، قمنا بطلاء سطح الناقل الدقيق بالشيتوسان ، واستخدمنا الجلوكونات لإذابة هلام الجينات لتشكيل بنية كيسية يمكن تطبيقها لبناء هياكل مجوفة مثل الحويصلات الهوائية. عملية الطباعة لإعداد microcarriers لطيفة للغاية ، وبالتالي ، يمكن استخدام هذه الطريقة على نطاق واسع لطباعة الناقلات الدقيقة التي تحتوي على الخلايا.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

3D Printing of In Vitro Hydrogel Microcarriers by Alternating Viscous-Inertial Force Jetting

Eye Irritation Test (EIT) for Hazard Identification of Eye Irritating Chemicals using Reconstructed Human Cornea-like Epithelial (RhCE) Tissue Model

Eye Irritation Test EIT for Hazard Identification of Eye Irritating Chemicals using Reconstructed Human Cornea-like Epithelial RhCE Tissue Model

العين تهيج اختبار (EIT) لتحديد مخاطر العين مهيج للمواد الكيميائية باستخدام يعيد الإنسان القرنية مثل الظهارية (RHCE) الأنسجة نموذج

To comply with the Seventh Amendment to the EU Cosmetics Directive and EU REACH legislation, validated non-animal alternative methods for reliable and ...

Improved 3D Hydrogel Cultures of Primary Glial Cells for In Vitro Modelling of Neuroinflammation

Improved 3D Hydrogel Cultures of Primary Glial Cells for In Vitro Modelling of Neuroinflammation

تحسين 3D المائية الثقافات من الخلايا الدبقية الأولية لنمذجة في المختبر نيوروينفلاميشن

In the central nervous system, numerous acute injuries and neurodegenerative disorders, as well as implanted devices or biomaterials engineered to enhance ...

Force System with Vertical V-Bends: A 3D In Vitro Assessment of Elastic and Rigid Rectangular Archwires

Force System with Vertical V-Bends: A 3D In Vitro Assessment of Elastic and Rigid Rectangular Archwires

قوة النظام مع الانحناءات V عمودي: إجراء تقييم 3D في المختبر من أرتشويريس مستطيلة مرنة وجامدة

A proper understanding of the force system created by various orthodontic appliances can make treatment of patients efficient and predictable. Reducing ...

Bioprintable Alginate/Gelatin Hydrogel 3D In Vitro Model Systems Induce Cell Spheroid Formation

Bioprintable Alginate/Gelatin Hydrogel 3D In Vitro Model Systems Induce Cell Spheroid Formation

بيوبرينتابل الجينات/الجيلاتين المائية 3D في المختبر النموذجي النظم الحث على تشكيل خلية كروي

The cellular, biochemical, and biophysical heterogeneity of the native tumor microenvironment is not recapitulated by growing immortalized cancer cell ...

Novel Process for 3D Printing Decellularized Matrices

عملية جديدة للطباعة 3D ديسيلولاريزيد المصفوفات

3D bioprinting aims to create custom scaffolds that are biologically active and accommodate the desired size and geometry. A thermoplastic backbone can ...

3D Printed Porous Cellulose Nanocomposite Hydrogel Scaffolds

3D طبع السقالات السليلوز المسامية المائية نانوي

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

Pancreatic Tissue-Derived Extracellular Matrix Bioink for Printing 3D Cell-Laden Pancreatic Tissue Constructs

البنكرياس المشتقة الانسجه المستمدة مصفوفة بيونك للطباعة 3D خلايا البنكرياس لادن الانسجه يبني

The transplantation of pancreatic islets is a promising treatment for patients who suffer from type 1 diabetes accompanied by hypoglycemia and secondary ...

Protocols of 3D Bioprinting of Gelatin Methacryloyl Hydrogel Based Bioinks

بروتوكولات 3D بيوريتينغ من الجيلاتين ميثاكريلويل هيدروجيل القائم علي الحيوية

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

Advanced 3D Liver Models for In vitro Genotoxicity Testing Following Long-Term Nanomaterial Exposure

نماذج متقدمة الكبد 3D لاختبار السمية الجينية في المختبر بعد التعرض للمواد النانوية على المدى الطويل

Due to the rapid development and implementation of a diverse array of engineered nanomaterials (ENM), exposure to ENM is inevitable and the development of ...

An Open Source Technology Platform to Manufacture Hydrogel-Based 3D Culture Models in an Automated and Standardized Fashion

منصة تقنية مفتوحة المصدر لتصنيع نماذج ثقافة 3D القائمة على الهيدروجيل بطريقة آلية وموحدة

Current mixing steps of viscous materials rely on repetitive and time-consuming tasks which are performed mainly manually in a low throughput mode. These ...