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

Dit werk werd ondersteund door de Beijing Natural Science Foundation (3212007), Tsinghua University Initiative Scientific Research Program (20197050024), Tsinghua University Spring Breeze Fund (20201080760), de National Natural Science Foundation of China (51805294), National Key Research and Development Program of China (2018YFA0703004) en het 111 Project (B17026).

1. Celkweek
<ol><li>Supplement hoge glucose Dulbecco's gemodificeerde Minimum Essential Medium (H-DMEM) met 10% foetaal runderserum (FBS), 1% niet-essentiële aminozuuroplossing (NEAA), 1% penicilline G en streptomycine, en 1% glutaminesupplement als kweekmedium voor A549-cellen.</li>
	<li>Kweek A549-cellen in een CO2-incubator bij 37 °C en met 5% CO2
</li>
	<li>Dissocieer cellen voor subcultuur met behulp van trypsine bij ongeveer 80% confluentie.<ol>
<li>Gebruik 3 ml trypsine om de cellen in de...

<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>

Het hier beschreven protocol geeft instructies voor de bereiding van multi-types hydrogel microcarriers en daaropvolgende celzaaien. In vergelijking met microfluïdische chip- en inkjetprintmethoden biedt de AVIFJ-benadering voor het bouwen van microdragers meer flexibiliteit en biocompatibiliteit. Een onafhankelijk mondstuk maakt het mogelijk om een breed scala aan lichtgewicht nozzles, waaronder glazen micropipettes, te gebruiken in deze printsystemen. De zeer controleerbare verwerking maakt het mogelijk om parameters ...

Microdragers zijn kralen met een diameter van 60-250 μm en een groot specifiek oppervlak en worden vaak gebruikt voor grootschalige kweek van cellen1,2. Hun buitenoppervlak biedt overvloedige groeiplaatsen voor cellen en het binnenste biedt een ondersteunende structuur voor ruimtelijke proliferatie. De bolvormige structuur biedt ook gemak bij het bewaken en regelen van parameters, waaronder pH, O2 en concentratie van voedingsstoffen en metabolieten. Bij gebruik in combinatie met bioreactoren met geroerde tanks kunnen microdragers hogere celdichtheden bereiken in een relatief klein volume in vergelijking met conventionele culturen, waardoor een kosteneffectieve manier wordt geboden om grootschalige culturen te bereiken3. Microcarrier-cultuurtechnologie is een van de belangrijkste technieken in cytologisch onderzoek geworden en er is veel vooruitgang geboekt op het gebied van grootschalige uitbreiding van stamcellen, hepatocyten, chondrocyten, fibroblasten en andere structuren4. Ze zijn ook ideale voertuigen voor medicijnafgifte en bottom-upeenheden gebleken, waardoor ze een steeds belangrijkere rol spelen bij klinische geneesmiddelenscreening en in vitro weefselmanipulatie5.
Om te voldoen aan de mechanische eigenschapseisen in verschillende scenario's, zijn meerdere soorten hydrogelmaterialen ontwikkeld voor gebruik bij de constructie van microdragers6,7,8,9,10,11. Hydrogels voor alginaat en hyaluronzuur (HA) zijn twee van de meest gebruikte microcarriermaterialen vanwege hun goede biocompatibiliteit en crosslinkbaarheid12,13. Alginaat kan gemakkelijk worden verknoopt door calciumchloride en de mechanische eigenschappen kunnen worden gemoduleerd door de cross-linking tijd te veranderen. Tyramine-geconjugeerde HA is verknoopt door de oxidatieve koppeling van tyraminemoieties gekatalyseerd door waterstofperoxide en mierikswortelperoxidase14. Collageen, vanwege zijn unieke spiraalstructuur en verknoopt vezelnetwerk, wordt vaak gebruikt als een adjuvans om zich in de microdragers te mengen om celaanhechting verder te bevorderen15,16.
Huidige methoden voor het voorbereiden van microdragers omvatten microfluïdische chips, inkjetprinten en elektrospray17,18,19,20,21,22,23. Het is bewezen dat microfluïdische chips snel en efficiënt zijn in het produceren van microdragers van uniforme grootte24. Deze technologie is echter afhankelijk van een complex ontwerp- en fabricageproces van stroomkanalen25. Hoge temperatuur of overmatige extrusiekrachten tijdens inkjetprinten, evenals intense elektrische velden in de elektrospraybenadering, kunnen de eigenschappen van het materiaal, met name de biologische activiteit ervan, nadelig beïnvloeden19. Bovendien, wanneer toegepast op verschillende biomaterialen en diameters, resulteren de aangepaste nozzles die in deze methoden worden gebruikt in beperkte verwerkingscomplexiteit, hoge kosten en lage flexibiliteit.
Om een handige methode voor de voorbereiding van microcarriers te bieden, is een 3D-printtechniek genaamd alternating viscous-inertial forces jetting (AVIFJ) toegepast om hydrogel-microcarriers te bouwen. De techniek maakt gebruik van neerwaartse aandrijfkrachten en statische druk die wordt gegenereerd tijdens verticale trillingen om de oppervlaktespanning van de mondstukpunt te overwinnen en zo druppels te vormen. In plaats van zware krachten en thermische omstandigheden, werken kleine snelle verplaatsingen direct op het mondstuk tijdens het printen, waardoor een klein effect op de fysisch-chemische eigenschappen van de bioink wordt veroorzaakt en een grote aantrekkingskracht wordt uitgeoefend op bioactieve materialen. Met behulp van de AVIFJ-methode werden met succes microdragers van meerdere biomaterialen met diameters van 100-300 μm gevormd. Bovendien is verder bewezen dat de microdragers cellen goed binden en een geschikte groeiomgeving bieden voor gehechte cellen.

<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

Microdragers zijn kralen met een diameter van 60-250 μm en een groot specifiek oppervlak, die vaak worden gebruikt als dragers voor grootschalige celculturen. Microcarrier-cultuurtechnologie is uitgegroeid tot een van de belangrijkste technieken in cytologisch onderzoek en wordt vaak gebruikt op het gebied van grootschalige celexpansie. Van microdragers is ook aangetoond dat ze een steeds belangrijkere rol spelen bij de bouw van in vitro weefselmanipulatie en klinische screening van geneesmiddelen. Huidige methoden voor het voorbereiden van microcarriers omvatten microfluïdische chips en inkjetprinten, die vaak afhankelijk zijn van een complex stroomkanaalontwerp, een incompatibele tweefasige interface en een vaste nozzle-vorm. Deze methoden worden geconfronteerd met de uitdagingen van complexe nozzleverwerking, ongemakkelijke nozzle-veranderingen en overmatige extrusiekrachten wanneer toegepast op meerdere bioink. In deze studie werd een 3D-printtechniek, alternating viscous-inertial force jetting genoemd, toegepast om de constructie van hydrogel microcarriers met een diameter van 100-300 μm mogelijk te maken. Cellen werden vervolgens gezaaid op microdragers om tissue engineering modules te vormen. In vergelijking met bestaande methoden biedt deze methode een vrije diameter van de spuitmondpunt, flexibele nozzle-omschakeling, vrije controle van afdrukparameters en milde afdrukomstandigheden voor een breed scala aan bioactieve materialen.

Printkoppen met verschillende convergentiesnelheden en diameters werden vervaardigd om het afdrukken van meerdere soorten materialen te bereiken. De nozzles verkregen met toenemende trekkracht zijn weergegeven in figuur 1B. De nozzles waren verdeeld in drie gebieden: reservoir (III), contractie (II) en printkop (I). Het reservoir was het onbewerkte deel van het mondstuk, waarin de vloeistof statische druk en bioink-input leverde voor het afdrukken. Het krimpgebied was het belangrijkste onder...

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

Hier wordt een milde 3D-printtechniek gepresenteerd die wordt aangedreven door afwisselend viskeuze-traagheidskrachten om de constructie van hydrogel-microdragers mogelijk te maken. Zelfgemaakte nozzles bieden flexibiliteit, waardoor eenvoudige vervanging voor verschillende materialen en diameters mogelijk is. Celbindende microdragers met een diameter van 50-500 μm kunnen worden verkregen en verzameld voor verdere kweek.

3D-printen van in vitro hydrogel microdragers door afwisselend viskeuze-traagheidskracht jetting

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 ...

Wij bieden een mild biogeprint proces voor het bereiden van microdragers met een goede beheersbaarheid en biocompatibiliteit. Na inkapseling door cellen kunnen de dragers ook worden gebruikt in in vitro celexpansie en functionele microtissueconstructie. Beperkte verplaatsing, in plaats van zware krachten onder vergelijkbare omstandigheden, werken tijdens het printproces op het mondstuk, waarbij de oorspronkelijke fysische / chemische eigenschappen van de bio-inkt maximaal behouden blijven.Naast conventionele microdragers kunnen eenheden met interne celverdeling of tritosine-ingekapselde capsulestructuren worden geconstrueerd en toegepast op de assemblage van verschillende weefselstructuren. Voor de voorbereiding van het mondstuk laadt u glazen micropipettes op de trekker volgens de instructies van de fabrikant en stelt u de trekparameters voor de trekker in. Gebruik een microforge om het mondstuk met de aangegeven diameter af te snijden om de specifieke tipdiameter voor het experiment te verkrijgen en steriliseer het mondstuk gedurende vijf minuten in alcohol.Spoel vervolgens het mondstuk drie keer af met steriel water om eventuele resterende alcohol te verwijderen. Om de hydrogel bio-inkt te bereiden, verdun gesteriliseerde 4% natriumalginaat stock oplossing in 0,9% natriumchloride bij 0,5, 1, 1,5 en 2% gewicht-per-volume concentraties. Voor microdruppelvorming laadt u vijf milliliter bio-inkt in een steriele wegwerpspuit en installeert u de spuit op een spuitpomp.Sluit met behulp van een slang met een binnendiameter van één millimeter de spuit en het printmondstuk aan. Draai de klemschroef vast om het mondstuk op zijn plaats te houden en druk de spuitpomp snel in om de bio-inkt in het mondstuk te laden. Stel de parameters van de signaalgenerator in en stel het bewegingspad en de triggermodus van de trilling in om op aanvraag te laten vallen.Print vervolgens de druppels volgens de vooraf ontworpen patronen. Voeg voor de vorming van microcarriers vijf milliliter crosslinking-oplossing toe aan een petrischaal en plaats de schaal onder het drukmondstuk als substraat. Na het printen verknoopt u de microdragers gedurende drie minuten voordat u de microcarrier-suspensie overbrengt naar een centrifugebuis.Verrijk vervolgens de microdragers door centrifugatie en resuspendatie in een geschikt kweekmedium met ongeveer 600 microdragers per milliliter. Vervang vóór hun inenting het supernatant van een A549-celcultuur door vijf milliliter serumvrij medium aangevuld met 10-micromolaire celtracker groene CMFDA-kleurstof voor een incubatie van 30 minuten in de celkweekincubator. Vervang aan het einde van de incubatie de kleurstofoplossing door vers medium en resuspend de cellen met een dichtheid van 1,6 maal 10 tot de zes cellen per milliliter medium.Voeg een milliliter microcarrier-suspensie toe aan de cellen en een milliliter A549-cellen aan elke put van een laagaanhangende zes-well kweekplaat. Plaats de plaat op een shaker in de celkweekincubator met 30 omwentelingen per minuut. Verwijder aan het einde van de incubatie de plaat uit de shaker en laat de microdragers gedurende 30 minuten bezinken voordat ze het drukmondstuk, petrischalen en microcarrier-geënte cellen observeren en meten door middel van bright-field en confocale fluorescentiemicroscopie.Met behulp van een mondstuk met een tip van 30 micrometer kunnen meerdere soorten bio-inkt, waaronder PBS, 1,5% alginaat en 1,5% gelatine, stabiel op petrischalen worden afgedrukt. Naarmate de viscositeit van de inkten toeneemt, wordt het drukproces steeds moeilijker en zijn er grotere drijvende krachten nodig om grotere druppels te verkrijgen. De afdrukparameters kunnen worden ingesteld om de druppels in specifieke 2D-opstellingen te printen, zoals waargenomen in dit afdrukexperiment.De diameter van de spuitmondpunt heeft een directe invloed op de grootte van de microdrager die kan worden afgedrukt. Zoals waargenomen in deze heldere veld- en confocale afbeeldingen, hechten A549-cellen zich na twee dagen cultuur aan de microdragers van alginaat-collageen. Na zes dagen bedekken de A549-cellen de microcarrieroppervlakken bijna volledig.Na deze procedure hebben we het microcarrieroppervlak gecoat met chitosan en gluconaat gebruikt om de alginaatgel op te lossen om een cystische structuur te vormen die kan worden toegepast om holle structuren zoals longblaasjes te construeren. Het afdrukproces voor het voorbereiden van microdragers is vrij zacht, dus deze methode kan op grote schaal worden gebruikt voor het afdrukken van celbevattende microdragers.

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

Test op oogirritatie (EIT) voor Risico oog irriterende stoffen met gereconstrueerde humane Cornea-achtige Epithelial (RHCE) Tissue Model

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

Verbeterd 3D Hydrogel culturen van primaire gliacellen voor In Vitro modellering van Neuroinflammation

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

Systeem met verticale V-bochten dwingen: een 3D In Vitro beoordeling van elastisch en strakke rechthoekige Archwires

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

Bioprintable alginaat/gelatine Hydrogel 3D In Vitro modelsystemen induceren sferoïde celvorming

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

Nieuwe proces voor afdrukken in 3D Decellularized Matrices

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 afgedrukt poreuze Cellulose nanocomposietmaterialen Hydrogel steigers

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

Pancreatic weefsel-afgeleide extracellulaire matrix Bioink voor het afdrukken van 3D Cell-beladen alvleesklier weefsel constructies

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

Protocollen van 3D Bioprinting van gelatine Methacryloyl hydrogel gebaseerde Bioinks

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

Geavanceerde 3D-levermodellen voor in vitro genotoxiciteitstests na langdurige blootstelling aan nanomaterialen

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

Een open source technologieplatform om op Hydrogel gebaseerde 3D-cultuurmodellen op een geautomatiseerde en gestandaardiseerde manier te produceren

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