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

Bu çalışma Pekin Doğa Bilimleri Vakfı (3212007), Tsinghua Üniversitesi Girişim Bilimsel Araştırma Programı (20197050024), Tsinghua Üniversitesi Bahar Esintisi Fonu (20201080760), Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (51805294), Çin Ulusal Anahtar Araştırma ve Geliştirme Programı (2018YFA0703004) ve 111 Projesi (B17026) tarafından desteklendi.

1. Hücre kültürü
<ol><li>Yüksek glikozlu Dulbecco'nun modifiye edilmiş Minimum Esansiyel Ortamı (H-DMEM) %10 fetal sığır serumu (FBS), %1 gereksiz amino asit çözeltisi (NEAA), %1 penisilin G ve streptomisin ve %1 Glutamin takviyesini A549 hücreleri için kültür medyası olarak tamamlar.</li>
	<li>37 °C'de ve %5 CO2'de co2 inkübatörde Kültür A549 hücreleri
</li>
	<li>Yaklaşık % 80 izdihamda tripsin kullanarak alt kültür için ayrıştırma hücreleri.<ol>
<li>T75 kültür ?...

<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>

Burada açıklanan protokol, çok tip hidrojel mikrokaçörlerin hazırlanması ve daha sonra hücre tohumlama için talimatlar sağlar. Mikroakışkan çip ve mürekkep püskürtmeli baskı yöntemleriyle karşılaştırıldığında, AVIFJ mikrokaçörler oluşturmaya yönelik yaklaşımı daha fazla esneklik ve biyouyumluluk sunar. Bağımsız bir nozül, bu baskı sistemlerinde cam mikropipletler de dahil olmak üzere çok çeşitli hafif nozüllerin kullanılmasını sağlar. Son derece kontrol edilebilir işleme, r...

Mikrokaçarlar 60-250 μm çapında ve geniş bir yüzey alanına sahip boncuklardır ve genellikle büyük ölçekli hücre kültürü için kullanılır1,2. Dış yüzeyleri hücreler için bol miktarda büyüme alanı sağlar ve iç mekansal çoğalma için bir destek yapısı sağlar. Küresel yapı ayrıca pH, O2 ve besin ve metabolit konsantrasyonu da dahil olmak üzere parametreleri izleme ve kontrol etmede kolaylık sağlar. Karıştırılmış tank biyoreaktörleri ile birlikte kullanıldığında, mikrokaçörler geleneksel kültürlere kıyasla nispeten küçük bir hacimde daha yüksek hücre yoğunlukları elde edebilir, böylece büyük ölçekli kültürlere ulaşmak için uygun maliyetli bir yol sağlayabilir3. Mikrokaç kültürü teknolojisi sitolojik araştırmalarda ana tekniklerden biri haline gelmiştir ve kök hücrelerin, hepatositlerin, kondrositlerin, fibroblastların ve diğer yapıların büyük ölçekli genişlemesi alanında çok ilerleme kaydedildi4. Ayrıca ideal ilaç dağıtım araçları ve aşağıdan yukarıya üniteler oldukları ve bu nedenle klinik ilaç taraması ve in vitro doku mühendisliği onarımında giderek daha önemli bir rol üstlendikleri bulunmuştur5.
Farklı senaryolarda mekanik özellik gereksinimlerini karşılamak için, mikrokaçörlerin yapımında kullanılmak üzere birden fazla hidrojel malzeme türü geliştirilmiştir6,7,8,9,10,11. Aljinat ve hyaluronik asit (HA) hidrojelleri, iyi biyouyumlulukları ve çapraz bağlantıları nedeniyle en çok kullanılan mikrokaç malzemelerden ikisidir12,13. Aljinat kalsiyum klorür ile kolayca çapraz bağlanabilir ve mekanik özellikleri çapraz bağlama süresi değiştirilerek modüle edilebilir. Tyramine konjuge HA, hidrojen peroksit ve yaban turpu peroksidaz14 ile katalize edilen tyramine moieties'in oksidatif bağlantısı ile çapraz bağlanır. Kollajen, benzersiz spiral yapısı ve çapraz bağlı fiber ağı nedeniyle, hücre bağlanmasını daha da teşvik etmek için mikrokaçörlere karışmak için genellikle bir yardımcı olarak kullanılır15,16.
Mikrokaçör hazırlamanın güncel yöntemleri arasında mikroakışkan çipler, mürekkep püskürtmeli baskı ve elektrospray17,18,19,20,21,22,23 bulunur. Mikroakışkan çiplerin tek tip boyutlu mikrokaçörler üretmede hızlı ve verimli olduğu kanıtlanmıştır24. Ancak, bu teknoloji karmaşık bir akış kanalı tasarımına ve üretim sürecine dayanır25. Mürekkep püskürtmeli baskı sırasında yüksek sıcaklık veya aşırı ekstrüzyon kuvvetlerinin yanı sıra elektrospray yaklaşımındaki yoğun elektrik alanları, malzemenin özelliklerini, özellikle biyolojik aktivitesini olumsuz yönde etkileyebilir19. Ayrıca, çeşitli biyomalzemelere ve çaplara uygulandığında, bu yöntemlerde kullanılan özelleştirilmiş nozüller sınırlı işlem karmaşıklığı, yüksek maliyet ve düşük esneklik sağlar.
Mikrokaç hazırlama için uygun bir yöntem sağlamak için, hidrojel mikrokaçörleri oluşturmak için alternatif viskoz-atalet kuvvetleri püskürtme (AVIFJ) adı verilen bir 3D baskı tekniği uygulanmıştır. Teknik, nozül ucunun yüzey gerilimini aşmak ve böylece damlacıklar oluşturmak için dikey titreşim sırasında oluşturulan aşağı doğru itici kuvvetler ve statik basınç kullanır. Şiddetli kuvvetler ve termal koşullar yerine, küçük hızlı yer değiştirmeler baskı sırasında doğrudan nozul üzerinde hareket eder, biyoink'in fizikokimyasal özellikleri üzerinde küçük bir etkiye neden olan ve biyoaktif malzemeler için büyük bir cazibe sunan. AVIFJ yöntemi kullanılarak, 100-300 μm çapında birden fazla biyomalzemenin mikrokaçları başarıyla oluşturulmuştur. Ayrıca, mikrokaçların hücreleri iyi bağladığı ve yapışan hücreler için uygun bir büyüme ortamı sağladığı daha da kanıtlanmıştır.

<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

Mikrokaçarlar, 60-250 μm çapında boncuklar ve büyük ölçekli hücre kültürleri için taşıyıcı olarak yaygın olarak kullanılan geniş bir özel yüzey alanıdır. Mikrokaçör kültürü teknolojisi sitolojik araştırmalarda ana tekniklerden biri haline gelmiştir ve yaygın olarak büyük ölçekli hücre genişlemesi alanında kullanılmaktadır. Mikrokaçörlerin in vitro doku mühendisliği yapımı ve klinik ilaç taramasında giderek daha önemli bir rol oynadığı gösterilmiştir. Mikrokaçörleri hazırlamak için mevcut yöntemler arasında genellikle karmaşık akış kanalı tasarımına, uyumsuz iki fazlı arayüze ve sabit bir nozul şekline dayanan mikroakışkan çipler ve mürekkep püskürtmeli baskı bulunur. Bu yöntemler, birden fazla biyoink'e uygulandığında karmaşık nozül işleme, sakıncalı nozül değişiklikleri ve aşırı ekstrüzyon kuvvetlerinin zorluklarıyla karşı karşıyadır. Bu çalışmada, 100-300 μm çapında hidrojel mikrokaçörlerin yapımını sağlamak için alternatif viskoz-atalet kuvveti jetleme adı verilen bir 3D baskı tekniği uygulanmıştır. Hücreler daha sonra doku mühendisliği modülleri oluşturmak için mikrokaçörler üzerine tohumlandı. Mevcut yöntemlerle karşılaştırıldığında, bu yöntem çok çeşitli biyoaktif malzemeler için ücretsiz nozül ucu çapı, esnek nozül anahtarlama, baskı parametrelerinin serbest kontrolü ve hafif baskı koşulları sunar.

Çeşitli yakınsama hızlarında ve çaplarında baskı kafaları, birden fazla malzeme türünün basılmasını sağlamak için üretilmiştir. Artan çekme mukavemeti ile elde edilen nozüller Şekil 1B'de gösterilmiştir. Nozüller üç alana ayrılmıştır: rezervuar (III), kasılma (II) ve baskı kafası (I). Rezervuar, sıvının baskı için statik basınç ve biyoink girişi sağladığı nozülun işlenmemiş kısmıydı. Daralma alanı, aşağı doğru itici güçler üretmek i...

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

Burada sunulan, hidrojel mikrokaçörlerin yapımını sağlamak için viskoz-atalet kuvvetlerinin alternatifi tarafından tahrik edilen hafif bir 3D baskı tekniğidir. Ev yapımı nozüller esneklik sunarak farklı malzemeler ve çaplar için kolay değişim sağlar. 50-500 μm çapında hücre bağlama mikrokaderleri elde edilebilir ve daha fazla kültleme için toplanabilir.

Alternatif Viskoz-Atalet Kuvveti Jetting ile In Vitro Hydrogel Mikrokaçörlerinin 3D Baskısı

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 ...

İyi bir kontrol edilebilirlik ve biyouyumluluk ile mikrokaçör hazırlamak için hafif bir biyobaskı süreci sunuyoruz. Hücreler tarafından kapsüllenmeden sonra, taşıyıcılar in vitro hücre genişlemesi ve fonksiyonel mikrotissue yapımında da kullanılabilir. Benzer koşullar altında şiddetli kuvvetler yerine sınırlı yer değiştirme, baskı işlemi sırasında nozül üzerinde hareket eder ve biyo mürekkecin orijinal fiziksel/kimyasal özelliklerini maksimum ölçüde korur.Konvansiyonel mikrokaçörlere ek olarak, iç hücre dağılımına veya tritosin kapsüllü kapsül yapılara sahip üniteler inşa edilebilir ve farklı doku yapılarının montajına uygulanabilir. Nozül hazırlığı için, cam mikropipettesleri üreticinin talimatlarına göre çekme üzerine yükleyin ve çekme parametrelerini ayarlayın. Deney için belirli uç çapını elde etmek için belirlenen çaptaki nozüle kesmek için bir mikroforge kullanın ve nozüle alkolde beş dakika sterilize edin.Daha sonra, artık alkolü çıkarmak için nozülü steril suyla üç kez durulayın. Hidrojel biyo mürekkede hazırlamak için, sterilize edilmiş %4 sodyum aljinat stok çözeltisini 0,5, 1, 1,5 ve %2 ağırlıkta hacimsel konsantrasyonlarda %0,9 sodyum klorürde seyreltin. Mikro damlacık oluşumu için, beş mililitre biyo-mürekkep tek kullanımlık steril bir şırıngaya yükleyin ve şırıngayı bir şırınga pompasına takın.Bir milimetrelik iç çaplı bir hortum kullanarak şırınnayı bağlayın ve nozül yazdırın. Nozülü yerine sabitlemek için sıkma vidasını sıkın ve biyo-mürekkep nozüle yüklemek için şırınna pompasını hızla bastırın. Sinyal üreteci parametrelerini ayarlayın ve titreşimin hareket yolunu ve tetik modunu isteğe bağlı olarak düşecek şekilde önceden ayarlayın.Ardından, önceden tasarlanmış desenleri izleyerek damlacıkları yazdırın. Mikrokaçör oluşumu için, bir Petri kabına beş mililitre çapraz bağlama çözeltisi ekleyin ve kabı alt tabaka olarak baskı nozülüne yerleştirin. Yazdırduktan sonra, mikrokaç süspansiyonu bir santrifüj tüpüne aktarmadan önce mikro taşıyıcıları üç dakika çapraz bağlayın.Daha sonra, mikrokaçları santrifüjleme ile zenginleştirin ve mililitre başına yaklaşık 600 mikrokaçörde uygun bir kültür ortamında yeniden depolayın. Aşılarından önce, bir A549 hücre kültürünün üst kısmını, hücre kültürü inkübatöründe 30 dakikalık bir inkübasyon için 10 mikromoler hücre izleyici yeşil CMFDA boyası ile desteklenmiş beş mililitre serumsuz ortamla değiştirin. Kuluçkanın sonunda, boya çözeltisini taze ortamla değiştirin ve hücreleri mililitre başına mililitre başına altı hücreye 1,6 çarpı 10 yoğunlukta yeniden kullanın.Hücrelere bir mililitre mikrokaç süspansiyonu ve düşük yapışan altı kuyulu bir kültür plakasının her kuyusuna bir mililitre A549 hücresi ekleyin. Plakayı hücre kültürü inkübatöründeki bir çalkalayıcıya dakikada 30 devirde yerleştirin. Kuluçkanın sonunda, plakayı çalkalayıcıdan çıkarın ve baskı nozülünü, Petri tabaklarını ve mikrokaç aşılanmış hücreleri parlak alan ve konfokal floresan mikroskopi ile gözlemlemeden ve ölçmeden önce mikrokaçların 30 dakika yerleşmesine izin verin.30 mikrometre uçlu bir nozül kullanılarak, PBS, %1,5 aljinat ve %1,5 jelatin dahil olmak üzere birden fazla biyo-mürekkep türü Petri tabaklarına sabit bir şekilde basılabilir. Mürekkeplerin viskozitesi arttıkça, baskı işlemi giderek zorlaşır ve daha büyük damlacıklar elde etmek için daha fazla itici kuvvete ihtiyaç duyulmaktadır. Yazdırma parametreleri, bu yazdırma deneyinde de gözlemlendiği gibi damlacıkları belirli 2D düzenlerde yazdırmak için ayarlanabilir.Nozül ucunun çapı, basılabilen mikrokaç boyutunun doğrudan etkisine sahiptir. Bu parlak alan ve konfokal görüntülerde gözlemlendiği gibi, A549 hücreleri iki günlük kültürden sonra aljinat-kollajen mikrokaçörlerine yapışır. Altı gün sonra, A549 hücreleri mikrokaç yüzeyleri neredeyse tamamen kaplar.Bu işlemi takiben mikrokaç yüzeyini chitosan ile kapladık ve alveoller gibi içi boş yapılar inşa etmek için uygulanabilecek kistik bir yapı oluşturmak için aljinat jelini eritmek için glukoğat kullandık. Mikrokaçörleri hazırlamak için baskı işlemi oldukça naziktir, bu nedenle bu yöntem hücre içeren mikrokaçörleri yazdırmak için yaygın olarak kullanılabilir.

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

Yeniden İnşa İnsan Kornea gibi Epitelyal (RHCE) Doku Modeli kullanılarak Göz tahriş Kimyasalların Tehlike Tanımlaması Göz tahrişi Testi (EIT)

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

Biyomühendislik

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

Geliştirilmiş 3D hidrojel Neuroinflammation Vitro modelleme için birincil gliyal hücreler kültürleri

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

Zorla dikey V-bükme sistemiyle: esnek ve sert dikdörtgen Archwires 3D Vitro değerlendirilmesi

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 aljinat/jelatin hidrojel 3D Vitro Model sistemleri hücre küresel oluşumu teşvik

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

Matrisler roman işlemi 3D baskı için Decellularized

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 gözenekli selüloz Nanocomposite hidrojel iskele baskılı

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

3D Hücre Yüklü Pankreas Dokusu Yapıları Baskı için Pankreas Doku Türetilmiş Ekstrasellüler Matrix Bioink

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

Jelatin Metacryloyl Hidrojel Bazlı Bioinks 3D Biyobaskı Protokolleri

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

Uzun Süreli Nanomalzeme Maruziyetini Takiben İn vitro Genotoksisite Testi için Gelişmiş 3D Karaciğer Modelleri

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

Hidrojel Tabanlı 3D Kültür Modellerini Otomatik ve StandartLaştırılmış Bir Şekilde Üretecek Açık Kaynaklı Bir Teknoloji Platformu

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