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

Эта работа была поддержана Пекинским фондом естественных наук (3212007), Программой научных исследований Инициативы Университета Цинхуа (20197050024), Фондом весеннего бриза Университета Цинхуа (20201080760), Национальным фондом естественных наук Китая (51805294), Национальной ключевой программой исследований и разработок Китая (2018YFA0703004) и Проектом 111 (B17026).

1. Клеточная культура
<ol><li>Дополните модифицированную минимальную незаменимую среду Dulbecco с высоким содержанием глюкозы (H-DMEM) 10% фетальной бычьей сывороткой (FBS), 1% заменимым раствором аминокислот (NEAA), 1% пенициллином G и стрептомицином и 1% добавкой глутамина в качестве культуральной сре?...

<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>

Протокол, описанный здесь, содержит инструкции по приготовлению многотипных микроносителей гидрогеля и последующему посеву клеток. По сравнению с методами микрофлюидной чиповой и струйной печати, подход AVIFJ к созданию микронесущих обеспечивает большую гибкость и биосовместимость. Н?...

Микроносители представляют собой шарики диаметром 60-250 мкм и большой удельной площадью поверхности и обычно используются для крупномасштабной культивирования клеток1,2. Их внешняя поверхность обеспечивает обильные участки роста для клеток, а внутренняя обеспечивает опорную структуру для пространственной пролиферации. Сферическая структура также обеспечивает удобство в мониторинге и контроле параметров, включая pH, O2 и концентрацию питательных веществ и метаболитов. При использовании в сочетании с биореакторами с перемешиваемым резервуаром микроносители могут достигать более высокой плотности клеток в относительно небольшом объеме по сравнению с обычными культурами, тем самым обеспечивая экономически эффективный способ получения крупномасштабных культур3. Технология культивирования микроносителей стала одним из основных методов в цитологических исследованиях, и большой прогресс был достигнут в области масштабного расширения стволовых клеток, гепатоцитов, хондроцитов, фибробластов и других структур4. Было также установлено, что они являются идеальными средствами доставки лекарств и блоками снизу вверх, поэтому они играют все более важную роль в клиническом скрининге лекарств и восстановлении тканевой инженерии in vitro5.
Для удовлетворения требований к механическим свойствам в различных сценариях было разработано несколько типов гидрогелевых материалов для использования в строительстве микронесущих6,7,8,9,10,11. Гидрогели альгината и гиалуроновой кислоты (ГК) являются двумя наиболее часто используемыми микронесущими материалами благодаря их хорошей биосовместимости и сшиваемости12,13. Альгинат может быть легко сшит хлористым кальцием, а его механические свойства могут модулироваться путем изменения времени сшивания. Тирамино-конъюгированная ГК сшита окислительной связью фрагментов тирамина, катализируемых перекисью водорода и пероксидазой хрена14. Коллаген, благодаря своей уникальной спиральной структуре и сшитой волоконной сети, часто используется в качестве адъюванта для смешивания с микроносителями для дальнейшего содействия прикреплению клеток15,16.
Современные методы подготовки микроносителей включают микрофлюидные чипы, струйную печать и электрораспыление17,18,19,20,21,22,23. Было доказано, что микрофлюидные чипы быстро и эффективно производят микроносители однородного размера24. Однако эта технология опирается на сложный процесс проектирования и изготовления каналов потока25. Высокая температура или чрезмерные экструзионные силы при струйной печати, а также интенсивные электрические поля при электрораспылительном подходе могут негативно сказаться на свойствах материала, особенно на его биологической активности19. Кроме того, при применении к различным биоматериалам и диаметрам индивидуальные сопла, используемые в этих методах, приводят к ограниченной сложности обработки, высокой стоимости и низкой гибкости.
Чтобы обеспечить удобный метод подготовки микроносителей, для построения гидрогелевых микроносителей был применен метод 3D-печати, называемый струйной обработкой переменных вязко-инерционных сил (AVIFJ). Техника использует нисходящие движущие силы и статическое давление, создаваемое во время вертикальной вибрации, чтобы преодолеть поверхностное натяжение наконечника сопла и, таким образом, сформировать капли. Вместо сильных сил и тепловых условий небольшие быстрые смещения действуют непосредственно на сопло во время печати, оказывая незначительное влияние на физико-химические свойства биочернила и представляя большую привлекательность для биологически активных материалов. С помощью метода AVIFJ были успешно сформированы микроносители из нескольких биоматериалов диаметром 100-300 мкм. Кроме того, было доказано, что микроносители хорошо связывают клетки и обеспечивают подходящую среду роста для прилипших клеток.

<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

Микроносители представляют собой шарики диаметром 60-250 мкм и большой удельной площадью поверхности, которые обычно используются в качестве носителей для крупномасштабных клеточных культур. Технология микронесущих культур стала одним из основных методов в цитологических исследованиях и широко используется в области крупномасштабного расширения клеток. Было также показано, что микроносители играют все более важную роль в построении тканевой инженерии in vitro и клиническом скрининге лекарств. Современные методы подготовки микронесущих включают микрофлюидные чипы и струйную печать, которые часто полагаются на сложную конструкцию канала потока, несовместимый двухфазный интерфейс и фиксированную форму сопла. Эти методы сталкиваются с проблемами сложной обработки сопла, неудобными изменениями сопла и чрезмерными экструзионными силами при применении к нескольким биочернам. В этом исследовании был применен метод 3D-печати, называемый чередующимся вязко-инерционным струйным действием, чтобы позволить построить гидрогелевые микроносители диаметром 100-300 мкм. Впоследствии клетки были посеяны на микроносителях для формирования тканевых инженерных модулей. По сравнению с существующими методами, этот метод предлагает свободный диаметр наконечника сопла, гибкое переключение сопел, свободное управление параметрами печати и мягкие условия печати для широкого спектра биологически активных материалов.

Печатающие головки с различной скоростью конвергенции и диаметром были изготовлены для достижения печати нескольких типов материалов. Сопла, полученные с увеличением силы натяжения, показаны на рисунке 1В. Сопла были разделены на три области: резервуар (III), сокращение (...

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

Здесь представлена мягкая техника 3D-печати, управляемая чередующимися вязко-инерционными силами, позволяющая строить гидрогелевые микроносители. Самодельные насадки обеспечивают гибкость, что позволяет легко заменять различные материалы и диаметры. Микроносители клеточного связывания диаметром 50-500 мкм могут быть получены и собраны для дальнейшего культивирования.

3D-печать микронесущих с гидрогелем in vitro методом чередования вязко-инерционной струйной обработки

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 ...

Мы предлагаем мягкий биопечатный процесс подготовки микронесущих с хорошей управляемостью и биосовместимостью. После инкапсуляции клетками носители также могут быть использованы в расширении клеток in vitro и функциональной микроткани. Ограниченное смещение, а не сильные силы при аналогичных условиях действуют на сопло во время процесса печати, сохраняя первоначальные физические/химические свойства биочернил в максимальной степени.В дополнение к обычным микроносителям, блоки с внутренним клеточным распределением или тритозин-инкапсулированными капсульными структурами могут быть построены и применены к сборке различных тканевых структур. Для подготовки сопла загрузите стеклянные микропипетки на съемник в соответствии с инструкциями завода-изготовителя и установите параметры вытягивания съемника. Используйте микрокварку, чтобы отрезать сопло на указанном диаметре, чтобы получить конкретный диаметр наконечника для эксперимента, и стерилизуйте сопло в спирте в течение пяти минут.Затем промойте сопло три раза стерильной водой, чтобы удалить остаточный спирт. Для приготовления биочернил гидрогеля разводят стерилизованный 4%-ный раствор альгината натрия в 0,9% хлорида натрия в 0,5, 1, 1,5 и 2% массово-объемных концентрациях. Для образования микрокапель загрузите пять миллилитров биочернил в одноразовый стерильный шприц и установите шприц на шприцевой насос.С помощью одномиллиметрового шланга внутреннего диаметра соедините шприц и печатную насадку. Затяните зажимной винт, чтобы закрепить сопло на месте, и быстро нажмите на шприцевой насос, чтобы загрузить биочернила в сопло. Установите параметры генератора сигналов и заранее задайте траекторию движения и режим срабатывания вибрации для снижения по требованию.Затем распечатайте капли по заранее разработанным шаблонам. Для образования микроносителей добавьте пять миллилитров сшивающего раствора в чашку Петри и поместите чашку под печатную насадку в качестве подложки. После печати сшивайте микронесущие в течение трех минут, прежде чем перенести суспензию микронесущей в трубку центрифуги.Затем обогащают микроносители центрифугированием и повторно суспендируют их в соответствующей питательной среде при примерно 600 микроносителях на миллилитр. Перед их инокуляцией замените супернатант клеточной культуры A549 пятью миллилитрами среды без сыворотки, дополненной 10-микромолярным клеточным трекером зеленого красителя CMFDA для 30-минутной инкубации в инкубаторе клеточной культуры. В конце инкубации заменяют раствор красителя свежей средой и повторно суспендируют клетки с плотностью от 1,6 раз 10 до шести клеток на миллилитр среды.Добавьте один миллилитр суспензии микронесущих к клеткам и один миллилитр клеток A549 к каждой лунке низкоадгезионной шестилуночной культуральной пластины. Поместите пластину на шейкер в инкубаторе клеточных культур со скоростью 30 оборотов в минуту. В конце инкубации извлеките пластину из шейкера и дайте микроносителям осесть в течение 30 минут, прежде чем наблюдать и измерять печатную насадку, чашки Петри и микронесущие клетки с помощью ярко-полевой и конфокальной флуоресцентной микроскопии.Используя сопло с 30-микрометровым наконечником, несколько типов биочернил, включая PBS, 1,5% альгината и 1,5% желатина, могут быть стабильно напечатаны на чашках Петри. По мере увеличения вязкости красок процесс печати становится все более сложным, и для получения более крупных капель требуются большие движущие силы. Параметры печати могут быть настроены на печать капель в определенных 2D-схемах, как это наблюдалось в этом эксперименте по печати.Диаметр наконечника сопла оказывает непосредственное влияние на размер микронесущей, которую можно напечатать. Как видно на этих ярко-полевых и конфокальных изображениях, клетки A549 прилипают к альгинат-коллагеновым микроносителям после двух дней культивирования. Через шесть дней клетки A549 почти полностью покрывают поверхности микроносителей.После этой процедуры мы покрыли поверхность микронесущей хитозаном и использовали глюконат для растворения альгинатного геля с образованием кистозной структуры, которая может быть применена для создания полых структур, таких как альвеолы. Процесс печати для приготовления микроносителей достаточно щадящий, таким образом, этот метод может широко использоваться для печати ячеистых микроносителей.

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

Раздражение глаз тест (СПЭ) для идентификации опасности глазных Раздражает химических веществ с использованием реконструированного человеческой роговицы, как Эпителиальный (RHCE) тканей Модель

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

Улучшение 3D гидрогеля культур первичных глиальных клеток In Vitro моделирования 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

Сила системы с вертикальной V-поворотах: 3D в Vitro оценки упругих и жесткой прямоугольные брекетах

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 Альгинатные/желатин гидрогеля 3D в Vitro модель системы вызывать клетки сфероида образование

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

Роман процесс для 3D печати Decellularized матрицы

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 печать пористых целлюлозы нанокомпозитных гидрогеля подмости

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

Поджелудочная ткань-производные внеклеточной матрицы Bioink для печати 3D-клетки-Ладена поджелудочной железы Конструкции Конструкции

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

Протоколы 3D биопечати желатина Methacryloyl Гидрогель на основе биоинков

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

Расширенные 3D модели печени для тестирования генотоксичности in vitro после долгосрочного воздействия наноматериалов

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

Технологическая платформа с открытым исходным кодом для производства 3D-моделей культур на основе гидрогеля автоматизированным и стандартизированным способом

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