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

Dette arbeidet ble støttet av Beijing Natural Science Foundation (3212007), Tsinghua University Initiative Scientific Research Program (20197050024), Tsinghua University Spring Breeze Fund (20201080760), National Natural Science Foundation of China (51805294), National Key Research and Development Program of China (2018YFA0703004) og 111 Project (B17026).

1. Cellekultur
<ol><li>Supplere høyglukose Dulbecco modifisert Minimum Essential Medium (H-DMEM) med 10% foster bovint serum (FBS), 1% unødvendig aminosyre løsning (NEAA), 1% penicillin G og streptomycin, og 1% Glutamine supplement som kulturmedier for A549 celler.</li>
	<li>Kultur A549 celler i en CO2 inkubator ved 37 °C og med 5 % CO2
</li>
	<li>Dissosiere celler for subkultur ved hjelp av trypsin ved ca. 80% samløp.<ol>
<li>Bruk 3 ml trypsin til å behandle cellene i T75-kulturflasken ved ...

<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>

Protokollen som er beskrevet her, gir instruksjoner for fremstilling av flere typer hydrogelmikrokarrierer og etterfølgende cellesåing. Sammenlignet med mikrofluidisk brikke- og blekkskrivermetoder, gir AVIFJ-tilnærming til konstruksjon av mikrokarrierer større fleksibilitet og biokompatibilitet. En uavhengig dyse gjør det mulig å bruke et bredt spekter av lette dyser, inkludert mikropipetter i glass, i disse utskriftssystemene. Den svært kontrollerbare behandlingen gjør det mulig å justere parametere, inkludert...

Mikrokarrierer er perler med en diameter på 60-250 μm og et stort spesifikt overflateareal og brukes ofte til storskala kultur av celler1,2. Deres ytre overflate gir rikelig vekststeder for celler, og interiøret gir en støttestruktur for romlig spredning. Den sfæriske strukturen gir også bekvemmelighet i overvåking og kontroll av parametere, inkludert pH, O2 og konsentrasjon av næringsstoffer og metabolitter. Når mikrokarrierer brukes i kombinasjon med omrørte tankbioreaktorer, kan de oppnå høyere celletetthet i et relativt lite volum sammenlignet med konvensjonelle kulturer, og dermed gi en kostnadseffektiv måte å oppnå store kulturer3 på. Mikrocarrier kulturteknologi har blitt en av de viktigste teknikkene innen cytologisk forskning, og mye fremgang har blitt gjort innen storskala utvidelse av stamceller, hepatocytter, kondrocytter, fibroblaster og andre strukturer4. De har også vist seg å være ideelle legemiddelleveringskjøretøy og nedenfra-og-opp-enheter, og tar derfor en stadig viktigere rolle i klinisk legemiddelscreening og in vitro vevsteknikk reparasjon5.
For å møte mekaniske eiendomskrav i ulike scenarier er flere typer hydrogelmaterialer utviklet for bruk i bygging av mikrokarrierer6,7,8,9,10,11. Alginat- og hyaluronsyre (HA) hydrogeler er to av de mest brukte mikrokarrierematerialene på grunn av deres gode biokompatibilitet og krysskoblingsevne12,13. Alginat kan enkelt krysskobles av kalsiumklorid, og dets mekaniske egenskaper kan moduleres ved å endre krysskoblingstiden. Tyramin-konjugert HA er kryssbundet av oksidativ kobling av tyraminmoieties katalysert av hydrogenperoksid og pepperrotperoksidase14. Kollagen, på grunn av sin unike spiralstruktur og krysskoblede fibernettverk, brukes ofte som en adjuvans for å blande seg inn i mikrokarrierene for å fremme cellevedlegg15,16 ytterligere.
Dagens metoder for å forberede mikrokarrierer inkluderer mikrofluidiske sjetonger, blekkskriverutskrift og elektrospray17,18,19,20,21,22,23. Mikrofluidiske chips har vist seg å være raske og effektive i å produsere ensartede mikrokarrierer24. Denne teknologien er imidlertid avhengig av en kompleks strømningskanaldesign og fabrikasjonsprosess25. Høy temperatur eller overdreven ekstruderingskrefter under blekkskrivere, samt intense elektriske felt i elektrospray-tilnærmingen, kan påvirke materialets egenskaper negativt, spesielt dets biologiske aktivitet19. Dessuten, når de brukes på ulike biomaterialer og diametre, resulterer de tilpassede dysene som brukes i disse metodene i begrenset prosesseringskompleksitet, høy pris og lav fleksibilitet.
For å gi en praktisk metode for mikrokarriereforberedelse, har en 3D-utskriftsteknikk kalt vekslende viskøse trege krefter jetting (AVIFJ) blitt brukt til å konstruere hydrogelmikrokarrierer. Teknikken benytter nedadgående drivkrefter og statisk trykk generert under vertikal vibrasjon for å overvinne overflatespenningen til dysespissen og dermed danne dråper. I stedet for alvorlige krefter og termiske forhold virker små raske forskyvninger direkte på dysen under utskrift, noe som forårsaker en mindre effekt på bioinkens fysisk-kjemiske egenskaper og presenterer stor tiltrekning for bioaktive materialer. Ved hjelp av AVIFJ-metoden ble mikrokarrierer av flere biomaterialer med diametre på 100-300 μm vellykket dannet. Dessuten ble mikrokarrierene ytterligere bevist å binde celler godt og gi et passende vekstmiljø for fulgte celler.

<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

Mikrokarrierer er perler med en diameter på 60-250 μm og et stort spesifikt overflateareal, som ofte brukes som bærere for store cellekulturer. Mikrokarrierekulturteknologi har blitt en av de viktigste teknikkene innen cytologisk forskning og brukes ofte innen storskala celleutvidelse. Mikrokarrierer har også vist seg å spille en stadig viktigere rolle i in vitro vev engineering konstruksjon og klinisk narkotika screening. Nåværende metoder for å forberede mikrokarrierer inkluderer mikrofluidiske sjetonger og blekkskriverutskrift, som ofte er avhengige av kompleks strømningskanaldesign, et inkompatibelt tofaset grensesnitt og en fast dyseform. Disse metodene står overfor utfordringene ved kompleks dysebehandling, ubeleilige dyseendringer og overdreven ekstruderingskrefter når de brukes på flere bioink. I denne studien ble en 3D-utskriftsteknikk, kalt vekslende viskøs-inertial kraftstråle, brukt for å muliggjøre bygging av hydrogelmikrokarrierer med en diameter på 100-300 μm. Celler ble senere sådd på mikrokarrierer for å danne vevsteknikkmoduler. Sammenlignet med eksisterende metoder, tilbyr denne metoden en gratis dysespissdiameter, fleksibel dyseveksling, fri kontroll av utskriftsparametere og milde utskriftsforhold for et bredt spekter av bioaktive materialer.

Skrivehoder med varierte konvergenshastigheter og diametre ble fremstilt for å oppnå utskrift av flere typer materialer. Dysene oppnådd med økende trekkstyrke er vist i figur 1B. Dysene ble delt inn i tre områder: reservoar (III), sammentrekning (II) og skrivehode (I). Reservoaret var den ubehandlede delen av dysen, der væsken ga statisk trykk og bioinkinngang for utskrift. Sammentrekningsområdet var hoveddelen for å generere nedadgående drivkrefter. Trekkstyrken hadde en betydelig ...

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

Presentert her er en mild 3D-utskriftsteknikk drevet av vekslende viskøse inertialkrefter for å muliggjøre bygging av hydrogelmikrokarrierer. Hjemmelagde dyser gir fleksibilitet, noe som gir enkel utskifting for forskjellige materialer og diametre. Cellebindende mikrokarrierer med en diameter på 50-500 μm kan oppnås og samles for videre dyrking.

3D-utskrift av In Vitro Hydrogel Microcarriers ved vekslende Viscous-Inertial Force 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 ...

Vi tilbyr en mild bioprinted prosess for å forberede mikrokarrierer med god kontrollerbarhet og biokompatibilitet. Etter innkapsling av celler kan bærerne også brukes i in vitro celleutvidelse og funksjonell mikrotissuekonstruksjon. Begrenset forskyvning, i stedet for alvorlige krefter under lignende forhold, virker på dysen under utskriftsprosessen, og opprettholder de opprinnelige fysiske / kjemiske egenskapene til bioblekk i størst mulig grad.I tillegg til konvensjonelle mikrokarrierer kan enheter med intern cellefordeling eller tritosin-innkapslede kapselstrukturer konstrueres og påføres montering av forskjellige vevsstrukturer. For dyseforberedelse, last glassmikropipetter på trekkeren i henhold til produsentens instruksjoner og sett trekkparametrene for trekkeren. Bruk en mikroforside til å kutte av dysen med den angitte diameteren for å oppnå den spesifikke spissdiameteren for eksperimentet, og steriliser dysen i alkohol i fem minutter.Skyll deretter dysen tre ganger med sterilt vann for å fjerne eventuell gjenværende alkohol. For å forberede hydrogelbioblekk, fortynn sterilisert 4% natriumalginatbestandsoppløsning i 0,9% natriumklorid ved 0,5, 1, 1,5 og 2% vekt-for-volum-konsentrasjoner. For mikrodropletdannelse, last fem milliliter bioblekk i en engangs steril sprøyte og installer sprøyten på en sprøytepumpe.Bruk en slange med én millimeter indre diameter til å koble sprøyten og trykkdysen. Stram klemskruen for å feste munnstykket på plass og trykk sprøytepumpen raskt ned for å laste bioblekk inn i dysen. Still inn signalgeneratorparametrene og forhåndsinnstill bevegelsesbanen og utløsermodusen til vibrasjonen for å falle på forespørsel.Skriv deretter ut slippverktøyene etter de forhåndsutformede mønstrene. For mikrokarrieredannelse, tilsett fem milliliter krysskoblingsløsning til en Petri-tallerken, og legg parabolen under trykkdysen som substrat. Etter utskrift, krysskobling mikrokarrierene i tre minutter før du overfører mikrokarrierfjæringen til et sentrifugerør.Berike deretter mikrokarrierene ved sentrifugering og resuspender dem i et passende kulturmedium på ca. 600 mikrokarrierer per milliliter. Før inokuleringen erstatter du supernatanten til en A549-cellekultur med fem milliliter serumfritt medium supplert med 10-mikromolarcelle tracker grønn CMFDA-fargestoff for en 30-minutters inkubasjon i cellekulturinkubatoren. På slutten av inkubasjonen erstatter du fargestoffløsningen med friskt medium og bruker cellene på nytt med en tetthet på 1,6 ganger 10 til de seks cellene per milliliter medium.Tilsett en milliliter mikrocarrier suspensjon til cellene og en milliliter A549 celler til hver brønn av en lav-tilhenger seks-brønns kulturplate. Plasser platen på en shaker i cellekulturinkubatoren ved 30 omdreininger per minutt. På slutten av inkubasjonen, fjern platen fra shakeren og la mikrokarrierene slå seg ned i 30 minutter før du observerer og måler trykkdysen, Petri-retter og mikrokarrierinokulerte celler ved lysfelt og konfiskert fluorescensmikroskopi.Ved hjelp av en 30-mikrometer-spissdyse kan flere typer bioblekk, inkludert PBS, 1,5% alginat og 1,5% gelatin, skrives ut på Petri-retter. Etter hvert som trykkfargene øker i viskositet, blir utskriftsprosessen stadig vanskeligere, og større drivkrefter er nødvendig for å oppnå større dråper. Utskriftsparameterne kan stilles inn til å skrive ut slippverktøyene i bestemte 2D-ordninger, som observert i dette utskriftseksperimentet.Diameteren på dysespissen har en direkte innvirkning av størrelsen på mikrokarrieren som kan skrives ut. Som observert i disse lyse og konfokale bildene, holder A549-cellene seg til alginat-kollagenmikrokarrierene etter to dager med kultur. Etter seks dager dekker A549-cellene nesten mikrokarrierens overflater fullt ut.Etter denne prosedyren har vi belagt mikrokarrieroverflaten med chitosan, og brukt glukonat for å oppløse alginatgelen for å danne en cystisk struktur som kan påføres for å konstruere hule strukturer som alveoler. Utskriftsprosessen for å forberede mikrokarrierer er ganske skånsom, og dermed kan denne metoden brukes mye til å skrive ut celleholdige mikrokarrierer.

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

Øyeirritasjonstest (EIT) for fareidentifikasjon for Eye irriterende kjemikalier som bruker Rekonstruert Menneskelig Hornhinnen lignende Epithelial (RHCE) Tissue Modell

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

Forbedret 3D Hydrogel kulturer av primære gliacellene for In Vitro modellering av 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

Tvinge System med vertikale V-svinger: en 3D In Vitro vurdering av elastisk og stive rektangulære 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 Alginate/Gelatin Hydrogel 3D In Vitro modellsystemer indusere celle-formet formasjon

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

Romanen prosessen for 3D utskriften Decellularized matriser

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 trykt porøse Cellulose Nanocomposite Hydrogel stillaser

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

Bukspyttkjertelen tissue-avledet ekstracellulære Matrix Bioink for utskrift 3D Cell-Laden bukspyttkjertelen vev konstruksjoner

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

Protokoller av 3D Bioprinting av gelatin Methacryloyl hydrogel basert 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

Avanserte 3D levermodeller for in vitro gentoksisitetstesting etter langvarig nanomaterialeeksponering

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

En åpen kildekode-teknologiplattform for produksjon av Hydrogel-baserte 3D-kulturmodeller på en automatisert og standardisert måte

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