Name: 3d printing of in vitro hydrogel microcarriers by alternating viscous-inertial force jetting
Uploaded: 2021-04-21T13:00:00
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Ce travail a été soutenu par la Beijing Natural Science Foundation (3212007), le Tsinghua University Initiative Scientific Research Program (20197050024), le Tsinghua University Spring Breeze Fund (20201080760), la National Natural Science Foundation of China (51805294), le National Key Research and Development Program of China (2018YFA0703004) et le projet 111 (B17026).

1. Culture cellulaire
<ol><li>Complétez le milieu essentiel minimum (H-DMEM) modifié de Dulbecco à haute teneur en glucose avec 10% de sérum fœtal bovin (FBS), 1% de solution d’acides aminés non essentiels (NEAA), 1% de pénicilline G et de streptomycine, et 1% de glutamine comme milieu de culture pour les cellules A549.</li>
	<li>Culture de cellules A549 dans un incubateur à CO2 à 37 °C et avec 5 % de CO2
</li>
	<li>Dissocier les cellules pour la sous-culture en utilisant la trypsine ?...

<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>

Le protocole décrit ici fournit des instructions pour la préparation de multi-types de microporteurs d’hydrogel et l’ensemencement cellulaire ultérieur. Par rapport aux méthodes d’impression à puce microfluidique et à jet d’encre, l’approche AVIFJ pour la construction de microporte-porteurs offre une plus grande flexibilité et biocompatibilité. Une buse indépendante permet d’utiliser une large gamme de buses légères, y compris des micropipettes en verre, dans ces systèmes d’impression. Le traite...

Les microporteurs sont des billes d’un diamètre de 60 à 250 μm et d’une grande surface spécifique et sont couramment utilisées pour la culture à grande échelle de cellules1,2. Leur surface externe fournit des sites de croissance abondants pour les cellules, et l’intérieur fournit une structure de soutien pour la prolifération spatiale. La structure sphérique offre également une commodité dans la surveillance et le contrôle des paramètres, y compris le pH, l’O2 et la concentration de nutriments et de métabolites. Lorsqu’ils sont utilisés en combinaison avec des bioréacteurs à cuve agitée, les microtransporteurs peuvent atteindre des densités cellulaires plus élevées dans un volume relativement faible par rapport aux cultures conventionnelles, offrant ainsi un moyen rentable d’obtenir des cultures à grande échelle3. La technologie de culture par microtransporteur est devenue l’une des principales techniques de la recherche cytologique, et de nombreux progrès ont été réalisés dans le domaine de l’expansion à grande échelle des cellules souches, des hépatocytes, des chondrocytes, des fibroblastes et d’autres structures4. Ils se sont également avérés être des véhicules d’administration de médicaments idéaux et des unités ascendantes, jouant ainsi un rôle de plus en plus important dans le dépistage clinique des médicaments et la réparation de l’ingénierie tissulaire in vitro5.
Pour répondre aux exigences de propriétés mécaniques dans différents scénarios, plusieurs types de matériaux d’hydrogel ont été développés pour être utilisés dans la construction de microporteurs6,7,8,9,10,11. Les hydrogels d’alginate et d’acide hyaluronique (HA) sont deux des matériaux de microtransporteur les plus utilisés en raison de leur bonne biocompatibilité et de leur réticulabilité12,13. L’alginate peut être facilement réticulé par le chlorure de calcium, et ses propriétés mécaniques peuvent être modulées en modifiant le temps de réticulation. L’AH conjuguée à la tyramine est réticulée par le couplage oxydatif des fractions de tyramine catalysées par le peroxyde d’hydrogène et la peroxydase de raifort14. Le collagène, en raison de sa structure spirale unique et de son réseau de fibres réticulées, est souvent utilisé comme adjuvant pour se mélanger aux microtransporteurs afin de favoriser davantage l’attachement cellulaire15,16.
Les méthodes actuelles de préparation des microtransporteurs comprennent les puces microfluidiques, l’impression à jet d’encre et l’électropulvérisation17,18,19,20,21,22,23. Les puces microfluidiques se sont avérées rapides et efficaces dans la production de microporte-porteuses de taille uniforme24. Cependant, cette technologie repose sur un processus complexe de conception et de fabrication de canaux d’écoulement25. Des températures élevées ou des forces d’extrusion excessives lors de l’impression à jet d’encre, ainsi que des champs électriques intenses dans l’approche par électropulvérisation, peuvent nuire aux propriétés du matériau, en particulier à son activité biologique19. En outre, lorsqu’elles sont appliquées à divers biomatériaux et diamètres, les buses personnalisées utilisées dans ces méthodes entraînent une complexité de traitement limitée, un coût élevé et une faible flexibilité.
Pour fournir une méthode pratique pour la préparation des microtransporteurs, une technique d’impression 3D appelée jet de forces visqueuses-inertielles alternées (AVIFJ) a été appliquée pour construire des microporte-porteuses d’hydrogel. La technique utilise les forces motrices vers le bas et la pression statique générée lors de vibrations verticales pour surmonter la tension superficielle de la pointe de la buse et ainsi former des gouttelettes. Au lieu de forces sévères et de conditions thermiques, de petits déplacements rapides agissent directement sur la buse pendant l’impression, provoquant un effet mineur sur les propriétés physico-chimiques de la bioencre et présentant un grand attrait pour les matériaux bioactifs. En utilisant la méthode AVIFJ, des microtransporteurs de plusieurs biomatériaux d’un diamètre de 100 à 300 μm ont été formés avec succès. En outre, il a été prouvé que les microtransporteurs lient bien les cellules et fournissent un environnement de croissance approprié pour les cellules adhérentes.

<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

Les microtransporteurs sont des billes d’un diamètre de 60 à 250 μm et d’une grande surface spécifique, qui sont couramment utilisées comme supports pour les cultures cellulaires à grande échelle. La technologie de culture par microtransporteur est devenue l’une des principales techniques de la recherche cytologique et est couramment utilisée dans le domaine de l’expansion cellulaire à grande échelle. Il a également été démontré que les microtransporteurs jouent un rôle de plus en plus important dans la construction d’ingénierie tissulaire in vitro et le dépistage clinique des médicaments. Les méthodes actuelles de préparation des microporteurs comprennent les puces microfluidiques et l’impression à jet d’encre, qui reposent souvent sur une conception complexe du canal d’écoulement, une interface biphasée incompatible et une forme de buse fixe. Ces méthodes sont confrontées aux défis du traitement complexe des buses, des changements de buse gênants et des forces d’extrusion excessives lorsqu’elles sont appliquées à plusieurs bioencres. Dans cette étude, une technique d’impression 3D, appelée projection de force visqueuse-inertielle alternée, a été appliquée pour permettre la construction de microporteuses en hydrogel d’un diamètre de 100 à 300 μm. Les cellules ont ensuite été ensemencées sur des microtransporteurs pour former des modules d’ingénierie tissulaire. Par rapport aux méthodes existantes, cette méthode offre un diamètre de pointe de buse libre, une commutation flexible de la buse, un contrôle libre des paramètres d’impression et des conditions d’impression douces pour une large gamme de matériaux bioactifs.

Des têtes d’impression de taux de convergence et de diamètres variés ont été fabriquées pour obtenir l’impression de plusieurs types de matériaux. Les buses obtenues avec une résistance à la traction croissante sont illustrées à la figure 1B. Les buses ont été divisées en trois zones : réservoir (III), contraction (II) et tête d’impression (I). Le réservoir était la partie non traitée de la buse, dans laquelle le liquide fournissait une pression statique et une entr?...

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

Présenté ici est une technique d’impression 3D douce entraînée par l’alternance de forces visqueuses-inertielles pour permettre la construction de microporteurs d’hydrogel. Les buses faites maison offrent une flexibilité, permettant un remplacement facile pour différents matériaux et diamètres. Des microtransporteurs de liaison cellulaire d’un diamètre de 50 à 500 μm peuvent être obtenus et collectés pour une culture ultérieure.

Impression 3D de microporteurs d’hydrogel in vitro par jet de force visqueuse-inertielle alternée

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 ...

Nous proposons un procédé bio-imprimé doux pour la préparation de microporte-porteuses avec une bonne contrôlabilité et biocompatibilité. Après encapsulation par les cellules, les porteurs peuvent également être utilisés dans l’expansion cellulaire in vitro et la construction de microtissus fonctionnels. Un déplacement limité, plutôt que des forces sévères dans des conditions similaires, agissent sur la buse pendant le processus d’impression, en maintenant au maximum les propriétés physiques / chimiques d’origine de la bio-encre.En plus des microtransporteurs conventionnels, des unités avec distribution cellulaire interne ou des structures de capsule encapsulées dans la tritosine peuvent être construites et appliquées à l’assemblage de différentes structures tissulaires. Pour la préparation de la buse, chargez des micropipettes en verre sur l’extracteur conformément aux instructions du fabricant et définissez les paramètres de traction de l’extracteur. Utilisez une microforge pour couper la buse au diamètre désigné afin d’obtenir le diamètre de pointe spécifique pour l’expérience, et stérilisez la buse dans de l’alcool pendant cinq minutes.Ensuite, rincez la buse trois fois avec de l’eau stérile pour éliminer tout alcool résiduel. Pour préparer la bio-encre d’hydrogel, diluer la solution mère d’alginate de sodium stérilisée à 4 % dans du chlorure de sodium à 0,9 % à des concentrations de 0,5, 1, 1,5 et 2 % poids par volume. Pour la formation de microgouttelettes, chargez cinq millilitres de bio-encre dans une seringue stérile jetable et installez la seringue sur une pompe à seringue.À l’aide d’un tuyau de diamètre intérieur d’un millimètre, connectez la seringue et la buse d’impression. Serrez la vis de serrage pour fixer la buse en place et appuyez rapidement sur la pompe à seringue pour charger la bio-encre dans la buse. Réglez les paramètres du générateur de signaux et préréglez la trajectoire de mouvement et le mode de déclenchement de la vibration pour qu’ils tombent à la demande.Imprimez ensuite les gouttelettes en suivant les motifs prédéfinis. Pour la formation de microporteurs, ajoutez cinq millilitres de solution de réticulation à une boîte de Pétri et placez la boîte sous la buse d’impression comme substrat. Après l’impression, reliez les microtransporteurs pendant trois minutes avant de transférer la suspension du microtransporteur dans un tube de centrifugeuse.Ensuite, enrichissez les microporteurs par centrifugation et remettez-les en suspension dans un milieu de culture approprié à environ 600 microporteurs par millilitre. Avant leur inoculation, remplacez le surnageant d’une culture cellulaire A549 par cinq millilitres de milieu sans sérum complété par un colorant CMFDA vert tracker de cellules 10 micromolaires pour une incubation de 30 minutes dans l’incubateur de culture cellulaire. À la fin de l’incubation, remplacer la solution de colorant par un milieu frais et remettre les cellules en suspension à une densité de 1,6 fois 10 à six cellules par millilitre de milieu.Ajouter un millilitre de suspension de microporteur aux cellules et un millilitre de cellules A549 à chaque puits d’une plaque de culture à six puits peu adhérente. Placez la plaque sur un agitateur dans l’incubateur de culture cellulaire à 30 tours par minute. À la fin de l’incubation, retirez la plaque du shaker et laissez les microtransporteurs se déposer pendant 30 minutes avant d’observer et de mesurer la buse d’impression, les boîtes de Petri et les cellules inoculées par microtransporteur par microscopie à fluorescence confocale et à champ lumineux.À l’aide d’une buse à pointe de 30 micromètres, plusieurs types de bio-encre, y compris le PBS, l’alginate à 1,5% et la gélatine à 1,5%, peuvent être imprimés de manière stable sur des boîtes de Pétri. À mesure que la viscosité des encres augmente, le processus d’impression devient de plus en plus difficile et des forces motrices plus importantes sont nécessaires pour obtenir des gouttelettes plus grosses. Les paramètres d’impression peuvent être définis pour imprimer les gouttelettes dans des arrangements 2D spécifiques, comme observé dans cette expérience d’impression.Le diamètre de la pointe de la buse a un impact direct de la taille du microporteur qui peut être imprimé. Comme on l’observe dans ces images en champ lumineux et confocales, les cellules A549 adhèrent aux microtransporteurs d’alginate-collagène après deux jours de culture. Après six jours, les cellules A549 couvrent presque entièrement les surfaces des microtransporteurs.Suite à cette procédure, nous avons recouvert la surface du microtransporteur de chitosane et utilisé du gluconate pour dissoudre le gel d’alginate afin de former une structure kystique qui peut être appliquée pour construire des structures creuses telles que les alvéoles. Le processus d’impression pour la préparation des microporteurs est assez doux, ainsi, cette méthode peut être largement utilisée pour imprimer des microporteurs contenant des cellules.

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

Irritation des yeux Test (IET) pour l&#39;identification des dangers des produits chimiques irritants oculaires utilisant épithélial (RHCE) Tissue modèle reconstruit humain Cornea-like

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

Recherche

Bio-ingénierie

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