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

Detta arbete stöddes 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) och 111 Project (B17026).

1. Cellkultur
<ol><li>Komplettera högglukos Dulbeccos modifierade minimum essential medium (H-DMEM) med 10% fetala nötkreatur serum (FBS), 1% icke-nödvändig aminosyralösning (NEAA), 1% penicillin G och streptomycin, och 1% Glutamin tillägg som odlingsmedia för A549 celler.</li>
	<li>Kultur A549 celler i en CO2 inkubator vid 37 °C och med 5% CO2
</li>
	<li>Separera celler för subkultur med trypsin vid cirka 80% sammanflöde.<ol>
<li>Använd 3 ml trypsin för att behandla cellerna i T75-odl...

<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>

Protokollet som beskrivs här ger instruktioner för beredning av multityper av hydrogelmikrokarrier och efterföljande cellsådd. Jämfört med mikrofluidiska chip- och bläckstråletryckmetoder erbjuder AVIFJ:s metod för att konstruera mikrokarrier större flexibilitet och biokompatibilitet. Ett oberoende munstycke gör det möjligt att använda ett brett utbud av lätta munstycken, inklusive mikropipetter av glas, i dessa utskriftssystem. Den mycket kontrollerbara bearbetningen gör det möjligt att fritt justera par...

Mikrokarrier är pärlor med en diameter på 60-250 μm och en stor specifik yta och används ofta för storskalig kultur av celler1,2. Deras yttre yta ger rikliga tillväxtplatser för celler, och interiören ger en stödstruktur för rumslig spridning. Den sfäriska strukturen ger också bekvämlighet vid övervakning och kontroll av parametrar, inklusive pH, O2 och koncentration av näringsämnen och metaboliter. När mikrokarrier används i kombination med omrörda tankbioreaktorer kan de uppnå högre celltätheter i en relativt liten volym jämfört med konventionella kulturer, vilket ger ett kostnadseffektivt sätt att uppnå storskaliga kulturer3. Mikrokarrierkulturteknik har blivit en av de viktigaste teknikerna inom cytologisk forskning, och stora framsteg har gjorts inom området storskalig expansion av stamceller, hepatocyter, kondrocyter, fibroblaster och andra strukturer4. De har också visat sig vara idealiska drug delivery fordon och bottom-up enheter, därför tar på sig en allt viktigare roll i klinisk läkemedelsscreening och in vitro vävnadstekniska reparation5.
För att uppfylla mekaniska egenskapskrav i olika scenarier har flera typer av hydrogelmaterial utvecklats för användning vid konstruktion av mikrokarrier6,7,8,9,10,11. Alginat och hyaluronsyra (HA) hydrogeler är två av de mest använda mikrokarriermaterialen på grund av deras goda biokompatibilitet och tvärbindning12,13. Alginat kan enkelt korslänkas av kalciumklorid, och dess mekaniska egenskaper kan moduleras genom att ändra korslänkningstiden. Tyraminkonjugerad HA är korslänkad genom oxidativ koppling av tyraminmoieties katalyseras av väteperoxid och pepparrotsperoxidas14. Kollagen, på grund av sin unika spiralstruktur och korslänkade fibernätverk, används ofta som en adjuvans för att blanda i mikrokarriers för att ytterligare främja cellfäste15,16.
Nuvarande metoder för att förbereda mikrokarrier inkluderar mikrofluidiska chips, bläckstråletryck och elektrospray17,18,19,20,21,22,23. Mikrofluidiska spånor har visat sig vara snabba och effektiva när det gäller att producera mikrokarrier i enhetlig storlek24. Denna teknik förlitar sig dock på en komplex flödeskanaldesign och tillverkningsprocess25. Hög temperatur eller överdrivna extruderingskrafter under bläckstråleutskrift, liksom intensiva elektriska fält i elektrospraymetoden, kan påverka materialets egenskaper negativt, särskilt dess biologiska aktivitet19. Dessutom, när de appliceras på olika biomaterial och diametrar, resulterar de anpassade munstyckena som används i dessa metoder i begränsad bearbetningskomplexitet, hög kostnad och låg flexibilitet.
För att ge en bekväm metod för mikrokarrierberedning har en 3D-utskriftsteknik som kallas alternerande viskösa tröghetskrafter (AVIFJ) tillämpats för att konstruera hydrogelmikrokarrier. Tekniken använder nedåtriktade drivkrafter och statiskt tryck som genereras under vertikala vibrationer för att övervinna munstyckets ytspänning och därmed bilda droppar. Istället för svåra krafter och termiska förhållanden verkar små snabba förskjutningar direkt på munstycket under utskrift, vilket orsakar en mindre effekt på biobläckets fysikalisk-kemiska egenskaper och presenterar stor attraktion för bioaktiva material. Med hjälp av AVIFJ-metoden bildades mikrokarrier av flera biomaterial med diametrar på 100-300 μm framgångsrikt. Dessutom visade sig mikrokartriers ytterligare binda celler väl och ge en lämplig tillväxtmiljö för vidhäftade 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

Mikrokarrier är pärlor med en diameter på 60-250 μm och en stor specifik yta, som vanligtvis används som bärare för storskaliga cellkulturer. Mikrokartmaterials kulturteknik har blivit en av de viktigaste teknikerna inom cytologisk forskning och används ofta inom storskalig cellexpansion. Mikrokarrier har också visat sig spela en allt viktigare roll i in vitro-vävnadsteknik och klinisk läkemedelsscreening. Aktuella metoder för att förbereda mikrokarrier inkluderar mikrofluidiska chips och bläckstråleutskrift, som ofta förlitar sig på komplex flödeskanaldesign, ett inkompatibelt tvåfasgränssnitt och en fast munstyckesform. Dessa metoder står inför utmaningarna med komplex munstycksbearbetning, obekväma munstycksbyten och överdrivna extruderingskrafter när de appliceras på flera biobläck. I denna studie tillämpades en 3D-utskriftsteknik, kallad alternerande viskösa-tröghetskraft jetting, för att möjliggöra byggandet av hydrogelmikrokarrier med en diameter av 100-300 μm. Celler såddes därefter på mikrocarriers för att bilda vävnadsteknik moduler. Jämfört med befintliga metoder erbjuder denna metod en fri munstyckesspetsdiameter, flexibel munstycksbyte, fri kontroll av utskriftsparametrar och milda utskriftsförhållanden för ett brett spektrum av bioaktiva material.

Skrivhuvuden med varierande konvergenshastigheter och diametrar tillverkades för att uppnå utskrift av flera typer av material. De munstycken som erhålls med ökande dragstyrka visas i figur 1B. Munstyckena var indelade i tre områden: reservoar (III), sammandragning (II) och skrivhuvud (I). Behållaren var den obearbetade delen av munstycket, där vätskan gav statiskt tryck och biobläcking för utskrift. Sammandragningsområdet var den viktigaste delen för att generera nedåtgående d...

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

Presenteras här är en mild 3D-utskriftsteknik som drivs av alternerande trögflytande tröghetskrafter för att möjliggöra byggandet av hydrogelmikrokarrier. Hemlagade munstycken ger flexibilitet, vilket gör det enkelt att byta ut olika material och diametrar. Cellbindande mikrokarrier med en diameter på 50-500 μm kan erhållas och samlas in för vidare odling.

3D-utskrift av In Vitro Hydrogel Microcarriers genom alternerande viskös-tröghetskraft 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 erbjuder en mild bioprintad process för att förbereda mikrokarrier med god kontrollerbarhet och biokompatibilitet. Efter inkapsling av celler kan bärarna också användas i in vitro-cellexpansion och funktionell mikrotissuekonstruktion. Begränsad deplacement, snarare än allvarliga krafter under liknande förhållanden, verkar på munstycket under tryckprocessen och bibehåller biobläckets ursprungliga fysiska/kemiska egenskaper i största möjliga utsträckning.Förutom konventionella mikrokarrier kan enheter med intern cellfördelning eller tritosininkapslade kapselstrukturer konstrueras och appliceras på monteringen av olika vävnadsstrukturer. För munstyckets förberedelse, ladda glasmikropipetter på dragaren enligt tillverkarens instruktioner och ställ in dragparametrarna för dragaren. Använd en mikroforge för att skära av munstycket vid den angivna diametern för att få den specifika spetsdiametern för experimentet och sterilisera munstycket i alkohol i fem minuter.Skölj sedan munstycket tre gånger med sterilt vatten för att ta bort eventuell kvarvarande alkohol. För att förbereda hydrogelbiobläcket, späd steriliserad 4% natriumalginatbuljonglösning i 0,9% natriumklorid vid koncentrationer med 0,5, 1, 1,5 och 2 % vikt per volym. För mikrodropletbildning, ladda fem milliliter biobläck i en steril engångsspruta och montera sprutan på en sprutpump.Anslut sprutan och tryckmunstycket med en millimeters innerdiameter. Dra åt klämskruven för att fästa munstycket på plats och tryck snabbt ned sprutpumpen för att ladda biobläcket i munstycket. Ställ in signalgeneratorparametrarna och förinställ vibrationsens rörelsebana och utlösningsläge så att de sjunker på begäran.Skriv sedan ut dropparna enligt de fördesignade mönstren. För mikrokarrierbildning, tillsätt fem milliliter tvärbindningslösning till en Petri-skål och placera skålen under tryckmunstycket som substrat. Efter utskriften, korslänka mikrokarriern i tre minuter innan du överför mikrokarrierfjädringen till ett centrifugrör.Berika sedan mikrokartrarna genom centrifugering och återanvänd dem i ett lämpligt odlingsmedium vid cirka 600 mikrokarrier per milliliter. Innan inokulering, ersätt supernatanten av en A549 cellkultur med fem milliliter serumfritt medium kompletterat med 10-mikromolar cell tracker grön CMFDA färgämne för en 30-minuters inkubation i cellodling inkubatorn. I slutet av inkubationen, byt ut färglösningen med färskt medium och återanvänd cellerna med en densitet av 1,6 gånger 10 till de sex cellerna per milliliter medium.Tillsätt en milliliter mikrokarrier suspension till cellerna och en milliliter A549 celler till varje brunn av en låg vidhäftande sex-brunns odlingsplatta. Placera plattan på en skakapparat i cellodlingsinkubatorn vid 30 varv per minut. I slutet av inkubationen, ta bort plattan från skakapparaten och låt mikrokartarna nöja sig i 30 minuter innan du observerar och mäter tryckmunstycket, Petri-disken och mikrokarrierinokulerade celler genom ljusfält och konfokal fluorescensmikroskopi.Med hjälp av ett 30-mikrometerspetsmunstycke kan flera typer av biobläck, inklusive PBS, 1,5% alginat och 1,5% gelatin tryckas stabilt på Petri-rätter. I takt med att tryckprocessen ökar i viskositet blir tryckprocessen allt svårare och det behövs större drivkrafter för att få större droppar. Utskriftsparametrarna kan ställas in för att skriva ut dropparna i specifika 2D-arrangemang, vilket observeras i det här utskriftsexperimentet.Munstyckets diameter har en direkt inverkan på storleken på mikrokarriern som kan skrivas ut. Som observerats i dessa ljusa fält och konfokala bilder, A549 celler hålla sig till alginat-kollagen mikrokarriers efter två dagars kultur. Efter sex dagar täcker A549-cellerna nästan helt mikrokarrierytorna.Efter denna procedur har vi belagt mikrokarrierytan med chitosan och använt glukonat för att lösa upp alginatgelen för att bilda en cystisk struktur som kan appliceras för att konstruera ihåliga strukturer som alveoler. Utskriftsprocessen för att förbereda mikrokarrier är ganska skonsam, så den här metoden kan användas i stor utsträckning för att skriva ut cellinnehållande mikrokarrier.

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

Ögonirritationstest (EIT) för Hazard Identifiering av Eye irriterande kemikalier med hjälp av rekonstruerad Human Cornea liknande 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

Förbättrad 3D Hydrogel kulturer av primära gliaceller för 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

Tvinga systemet med vertikala V-böjar: en 3D In Vitro -bedömning av elastiska och styva rektangulära 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 alginat/Gelatin Hydrogel 3D In Vitro modellsystem framkalla Cell sfäroid bildas

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 processen för 3D utskrift cell-lösa 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 tryckta porösa cellulosa Nanocomposite Hydrogel ställningar

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

Pankreasvävnad-härledda extracellulära matrix Bioink för utskrift 3D cell-lastat Pankreasvävnad konstruktioner

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

Protokoll för 3D Bioprinning av gelatin Methacryloyl hydrogel baserade 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

Avancerade 3D-levermodeller för in vitro-genotoxicitytestning efter långvarig nanomaterialexponering

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 öppen källkodsteknikplattform för tillverkning av hydrogelbaserade 3D-kulturmodeller på ett automatiserat och standardiserat sätt

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