Name: preparation and characterization of graphene-based 3d biohybrid hydrogel bioink for peripheral neuroengineering
Uploaded: 2022-05-16T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Preparation and Characterization of Graphene-Based 3D Biohybrid Hydrogel Bioink for Peripheral Neuroengineering at JoVE.com

Den grafen, der anvendes i denne undersøgelse, blev udviklet på Kirklareli University, Institut for Maskinteknik. Det blev doneret af Dr. Karabeyoğlu. Grafentoksicitetstesten blev finansieret af projektet med titlen "Udskrivning og differentiering af mesenkymale stamceller på 3D-bioprintere med grafendoterede bioblæk" (ansøgningsnr.: 1139B411802273) afsluttet inden for rammerne af TÜBİTAK 2209-B-industriorienteret bachelorafhandlingsstøtteprogram. Den anden del af undersøgelsen blev støttet af forskningsfonden fra Yildiz Technical University Scientific Research Projects (TSA-2021-4713). Mesenkymale stamceller med GFP anvendt i time-lapse billeddannelsesfasen blev doneret af Virostem Biotechnology. Forfatterne takker Darıcı LAB og YTU The Cell Culture and Tissue Engineering LAB-teamet for produktive diskussioner.

1. Dyrkning af Whartons gelé mesenkymale stamceller
<ol><li>Tag Whartons gelé mesenkymale stamceller (WJ-MSC'er, fra ATCC) ud af en -80 ° C fryser. Dyrkning af WJ-MSC'er i DMEM-F12-medium indeholdende 10% føtalt kalveserum (FBS), 1% Pen-Strep og 1% L-glutamin i et sterilt laminært flow ved stuetemperatur, som beskrevet i Yurie et al.20.</li>
	<li>Kryopræserver nogle af cellerne ved 1 x 106 celler/ml med frysemedium indeholdende 35 % FBS, 55 % DMEMF-12 og 10 % di...

<ol>
	<li>Kamasak, 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=Peripheral+Nerve+Injuries+and+Physiotherapy.">Peripheral Nerve Injuries and Physiotherapy.</a> Clinical Physiotherapy. 19, (2019).</li><li>Yegiyants, S., Dayicioglu, D., Kardashian, G., Panthaki, Z. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Traumatic+peripheral+nerve+injury:+A+wartime+review.">Traumatic peripheral nerve injury: A wartime review.</a> Journal of Craniofacial Surgery. 21 (4), 998-1001 (2010).</li><li>Mushtaq, 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=Frequency+of+peripheral+nerve+injury+in+trauma+in+emergency+settings.">Frequency of peripheral nerve injury in trauma in emergency settings.</a> Cureus. 13 (3), 14195 (2021).</li><li>Allahverdiyev, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Basic Principles of Somatic and Stem Cell Culture Systems, 1st Edition. , (2018).</li><li>Allahverdiyev, A. 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=Adipose+tissue-derived+mesenchymal+stem+cells+as+a+new+host+cell+in+latent+leishmaniasis.">Adipose tissue-derived mesenchymal stem cells as a new host cell in latent leishmaniasis.</a> The American Journal of Tropical Medicine and Hygiene. 85 (3), 535-539 (2011).</li><li>Schofield, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+relationship+between+the+spleen+colony-forming+cell+and+the+hemopoietic+stem+cell.">The relationship between the spleen colony-forming cell and the hemopoietic stem cell.</a> Blood Cells. 4 (1-2), 7-25 (1978).</li><li>Goodman, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stem+Cells+and+Regenerative+Medicine+(Chapter+13).">Stem Cells and Regenerative Medicine (Chapter 13).</a> Goodman's Medical Cell Biology, Fourth Edition. , 361-380 (2021).</li><li>Kaya, T. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tissue+engineering.">Tissue engineering.</a> International Journal of Medical Sciences. 1 (48), 165-169 (2018).</li><li>Sensharma, P., Madhumathi, R. G., Jayant, R. D., Jaiswal, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomaterials+and+cells+for+neural+tissue+engineering:+Current+choices.">Biomaterials and cells for neural tissue engineering: Current choices.</a> Materials Science and Engineering: C. 7, 1302-1315 (2017).</li><li>H&#246;lzl, 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=Bioink+properties+before,+during,+and+after+3D+bioprinting.">Bioink properties before, during, and after 3D bioprinting.</a> Biofabrication. 8 (3), 032002 (2016).</li><li>Zheng, Y., 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=2D+nanomaterials+for+tissue+engineering+and+regenerative+nanomedicines:+Recent+advances+and+future+challenges.">2D nanomaterials for tissue engineering and regenerative nanomedicines: Recent advances and future challenges.</a> Advanced Healthcare Materials. 10 (7), 2001743 (2021).</li><li>Shin, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Graphene-based+materials+for+tissue+engineering.">Graphene-based materials for tissue engineering.</a> Advanced Drug Delivery Reviews. 105, 255-274 (2016).</li><li>Chen, M., Qin, X., Zeng, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biodegradation+of+carbon+nanotubes,+graphene,+and+their+derivatives.">Biodegradation of carbon nanotubes, graphene, and their derivatives.</a> Trends in Biotechnology. 35 (9), 836-846 (2017).</li><li>Chen, 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=PAM/GO/Gel/SA+composite+hydrogel+conduit+with+bioactivity+for+repairing+peripheral+nerve+injury.">PAM/GO/Gel/SA composite hydrogel conduit with bioactivity for repairing peripheral nerve injury.</a> Journal of Biomedical Materials Research Part A. 107, 1273-1283 (2019).</li><li>Chiriac, S., Facca, S., Diaconu, M., Gouzou, S., Liverneaux, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experience+of+using+the+bioresorbable+copolyester+poly(DL-lactide-&#949;-caprolactone)+nerve+conduit+guide+Neurolac&#8482;+for+nerve+repair+in+peripheral+nerve+defects:+Report+on+a+series+of+28+lesions.">Experience of using the bioresorbable copolyester poly(DL-lactide-&#949;-caprolactone) nerve conduit guide Neurolac&#8482; for nerve repair in peripheral nerve defects: Report on a series of 28 lesions.</a> Journal of Hand Surgery (European Volume). 37 (4), 342-349 (2011).</li><li>Karaaltin, A. 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=Human+olfactory+stem+cells+for+injured+facial+nerve+reconstruction+in+a+rat+model).">Human olfactory stem cells for injured facial nerve reconstruction in a rat model).</a> Head &amp; Neck. 38, 2011-2020 (2016).</li><li>Bingham, J. R., 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=Stem+cell+therapy+to+promote+limb+function+recovery+in+peripheral+nerve+damage+in+a+rat+model.">Stem cell therapy to promote limb function recovery in peripheral nerve damage in a rat model.</a> Annals of Medicine and Surgery. 41, 20-28 (2019).</li><li>Zhuang, H., 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=Gelatin-methacrylamide+gel+loaded+with+microspheres+to+deliver+GDNF+in+bilayer+collagen+conduit+promoting+sciatic+nerve+growth.">Gelatin-methacrylamide gel loaded with microspheres to deliver GDNF in bilayer collagen conduit promoting sciatic nerve growth.</a> International Journal of Nanomedicine. 11, 1383-1394 (2016).</li><li>Scheib, J., Hoke, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+in+peripheral+nerve+regeneration.">Advances in peripheral nerve regeneration.</a> Nature Reviews: Neurology. 9 (12), 668-676 (2013).</li><li>Yurie, H., 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=The+efficacy+of+a+scaffold-free+bio+3D+conduit+developed+from+human+fibroblasts+on+peripheral+nerve+regeneration+in+a+rat+sciatic+nerve+model.">The efficacy of a scaffold-free bio 3D conduit developed from human fibroblasts on peripheral nerve regeneration in a rat sciatic nerve model.</a> PLOS ONE. 12 (2), 0171448 (2017).</li><li>Guo, Y., 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=Assessment+of+the+green+florescence+protein+labeling+method+for+tracking+implanted+mesenchymal+stem+cells.">Assessment of the green florescence protein labeling method for tracking implanted mesenchymal stem cells.</a> Cytotechnology. 64 (4), 391-401 (2012).</li><li>Kose, C., Kacar, R., Zorba, A. P., Bagirova, M., Allahverdiyev, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+CO2+laser+beam+welded+AISI+316L+austenitic+stainless+steel+on+the+viability+of+fibroblast+cells,+in+vitro.">The effect of CO2 laser beam welded AISI 316L austenitic stainless steel on the viability of fibroblast cells, in vitro.</a> Materials Science and Engineering: C. 60, 211-218 (2016).</li><li>Liu, Y., 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=Bio-adenine-bridged+molecular+design+approach+toward+non-covalent+functionalized+graphene+by+liquid-phase+exfoliation.">Bio-adenine-bridged molecular design approach toward non-covalent functionalized graphene by liquid-phase exfoliation.</a> Journal of Materials Science. 55, 140-150 (2020).</li><li>Rehman, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reduced+graphene+oxide+incorporated+GelMA+hydrogel+promotes+angiogenesis+for+wound+healing+applications.">Reduced graphene oxide incorporated GelMA hydrogel promotes angiogenesis for wound healing applications.</a> International Journal of Nanomedicine. 14, 9603-9617 (2019).</li><li>Bei, H. P., 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=Graphene-based+nanocomposites+for+neural+tissue+engineering.">Graphene-based nanocomposites for neural tissue engineering.</a> Molecules. 24 (4), 658 (2019).</li><li>Othman, S. 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=Alginate-gelatin+bioink+for+bioprinting+of+HeLa+spheroids+in+alginate-gelatin+hexagon-shaped+scaffolds.">Alginate-gelatin bioink for bioprinting of HeLa spheroids in alginate-gelatin hexagon-shaped scaffolds.</a> Polymer Bulletin. 78, 6115-6135 (2021).</li><li>Peng, X. L., Li, Y., Zhang, G., Zhang, F., Fan, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functionalization+of+graphene+with+nitrile+groups+by+cycloaddition+of+tetracyanoethylene+oxide.">Functionalization of graphene with nitrile groups by cycloaddition of tetracyanoethylene oxide.</a> Journal of Nanomaterials. 2013, 841789 (2013).</li><li>Zorba Yildiz, A. P., 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=3D+therapeutic+approaches+for+peripheral+nerve+damage.">3D therapeutic approaches for peripheral nerve damage.</a> 9th International Molecular Biology and Biotechnology Congress Abstract Book. , (2020).</li><li>Liau, L. L., Ruszymah, B. H. I., Ng, M. H., Law, J. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characteristics+and+clinical+applications+of+Wharton's+jelly-derived+mesenchymal+stromal+cells.">Characteristics and clinical applications of Wharton's jelly-derived mesenchymal stromal cells.</a> Current Research in Translational Medicine. 68 (1), 5-16 (2020).</li><li>Yoo, J., 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=Augmented+peripheral+nerve+regeneration+through+elastic+nerve+guidance+conduits+prepared+using+a+porous+PLCL+membrane+with+a+3D+printed+collagen+hydrogel.">Augmented peripheral nerve regeneration through elastic nerve guidance conduits prepared using a porous PLCL membrane with a 3D printed collagen hydrogel.</a> Biomaterials Science. 22, 1-12 (2020).</li><li>Jansen, K., Meek, M. F., vander Werff, J. F. A., van Wachem, P. B., van Luyn, M. J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+regeneration+of+the+rat+sciatic+nerve+through+a+biodegradable+poly+(DL-lactide-&#400;-caprolactone)+nerve+guide:+Tissue+reactions+with+a+focus+on+collagen+III/IV+reformation.">Long-term regeneration of the rat sciatic nerve through a biodegradable poly (DL-lactide-&#400;-caprolactone) nerve guide: Tissue reactions with a focus on collagen III/IV reformation.</a> Journal of Biomedical Materials Research. 69 (2), 334-341 (2016).</li><li>Pathre, P., 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=PTP1B+regulates+neurite+extension+mediated+by+cell-cell+and+cell-matrix+adhesion+molecules.">PTP1B regulates neurite extension mediated by cell-cell and cell-matrix adhesion molecules.</a> Journal of Neuroscience Research. 15, 143-150 (2001).</li><li>Qing, L., Chen, H., Tang, J., Jia, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exosomes+and+their+microRNA+cargo:+New+players+in+peripheral+nerve+regeneration.">Exosomes and their microRNA cargo: New players in peripheral nerve regeneration.</a> Neurorehabilitation and Neural Repair. 32 (9), 765-776 (2018).</li></ol>

Fordelene ved behandlinger anvendt med konstruerede 3D-stilladser i forhold til konventionelle 2D-metoder bliver mere og mere mærkbare hver dag. Stamceller, der anvendes alene i disse terapier eller sammen med stilladser fremstillet af forskellige biomaterialer med lav biokompatibilitet og bionedbrydelighed, er normalt utilstrækkelige til perifer nerveregenerering. Whartons gelé mesenkymale stamceller (WJ-MSC'er) synes at være en passende kandidatcellelinje, især i betragtning af optimeringen af protokollerne til er...

Nervesystemet, som er den mekanisme, der bygger bro over organismens og miljøets indre struktur, er opdelt i to dele: det centrale og perifere nervesystem. Perifere nerveskader er et globalt problem, der udgør 1,5% -5% af de patienter, der præsenterer for akutafdelingen og udvikler sig på grund af forskellige traumer, hvilket fører til betydeligt tab af job 1,2,3.
I dag er cellulære tilgange til perifer neuroteknik af stor interesse. Stamceller kommer først blandt de celler, der anvendes i disse tilgange. Under normale forhold er stamceller kroppens regenerative celler, og deres antal og funktioner falder ikke med tiden for at beskytte deres befolkninger; Disse celler er specialiserede, men kan differentiere sig ved passende stimulering som reaktion på skade 4,5. Ifølge stamcellehypotesen er stamcellesystemet under påvirkning af dets mikromiljø, kaldet stamcelleniche. Konservering og differentiering af stamceller er umulig uden tilstedeværelsen af deres mikromiljø6, som kan rekonstitueres via vævsteknik ved hjælp af celler og stilladser7. Vævsteknik er et tværfagligt felt, der omfatter både tekniske og biologiske principper. Vævsteknik giver værktøjer til oprettelse af kunstigt væv, der kan erstatte levende væv og kan bruges til regenerering af disse væv ved at fjerne det beskadigede væv og tilvejebringe funktionelle væv8. Vævsstilladser, en af de tre hjørnesten i vævsteknik, fremstilles ved hjælp af forskellige metoder fra naturlige og syntetiske materialer9. Tredimensionel (3D) udskrivning er en ny additiv fremstillingsteknologi, der i vid udstrækning bruges til at erstatte eller genoprette defekte væv via sin enkle, men alsidige produktion af komplekse former ved hjælp af forskellige metoder. Bioprinting er en additiv fremstillingsmetode, der muliggør sameksistens mellem celler og biomaterialer, kaldet bioinks10. I betragtning af interaktionen mellem nerveceller med hinanden er undersøgelser skiftet til ledende biomaterialekandidater såsom grafen. Grafennanoplader, der har egenskaber som fleksibel elektronik, superkondensatorer, batterier, optik, elektrokemiske sensorer og energilagring, er et foretrukket biomateriale inden for vævsteknik11. Grafen er blevet anvendt i undersøgelser, hvor spredning og regenerering af beskadigede væv og organer blev udført12,13.
Vævsteknik består af tre grundlæggende byggesten: stillads, celler og biosignalmolekyler. Der er mangler i undersøgelserne af perifere nerveskader med hensyn til at tilvejebringe disse tre strukturer fuldstændigt. Der er opstået forskellige problemer i de biomaterialer, der produceres og anvendes i undersøgelserne, såsom dem, der kun indeholder stamceller eller biosignalmolekyler, manglen på et bioaktivt molekyle, der muliggør stamcelledifferentiering, manglen på biokompatibilitet af det anvendte biomateriale og den lave effekt på spredning af celler i vævsnichen, og dermed nerveledning ikke fuldt ud realiseret 2,13,14,15,16. Dette kræver optimering af nerveregenerering, reduktion af muskelatrofi 17,18 og skabelse af nødvendig homing19 med vækstfaktorer mod sådanne problemer. På dette tidspunkt er karakteriseringen og analysen af neuroaktiviteten af en kirurgisk biomateriale prototype, der skal overføres til klinikken, meget vigtig.
Derfor undersøger denne metodeundersøgelse bioinkhydrogelmønsteret med grafennanoplader dannet af en 3D-bioprinter og dens effektivitet på den neurogene differentiering af stamcellerne, den indeholder. Også virkningerne af grafen på neurosfæredannelse og differentiering undersøges.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td> 
			Centrifugal</td>
			<td>Hitachi</td>
			<td></td>
			<td>Used in cell culture and biomaterial step</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.1N CaCl2</td>
			<td>HD Bioink</td>
			<td></td>
			<td>Used for crosslinker</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.22 &#181;m membrane filter</td>
			<td>A&#953;s&#953;mo</td>
			<td></td>
			<td>Used for sterilization</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.45 &#181;m syringe filter</td>
			<td>A&#953;s&#953;mo</td>
			<td></td>
			<td>Used for sterilization</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1.5mL conic tube</td>
			<td>Eppendorfa</td>
			<td></td>
			<td>Used for bioink drop</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>15mL Falcon tube</td>
			<td>Nest</td>
			<td></td>
			<td>Used in cell culture step</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>25 cm2 cell culture flasks (Falcon, TPP tissue culture flasks</td>
			<td>Nest</td>
			<td></td>
			<td>Used for cell culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3D Bioprinting</td>
			<td>Axolotl Biosystems Bio A2 (Turkey)</td>
			<td></td>
			<td>Bioprinting Step</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50 mL Falcon tube</td>
			<td>Nest</td>
			<td></td>
			<td>Used in cell culture step</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6/24/48/96 well plates (Falcon, TPP microplates)</td>
			<td>Merck Millipore</td>
			<td></td>
			<td>Used in cell culture step</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>75 cm2 cell culture flasks (Falcon, TPP tissue culture flasks</td>
			<td>Nest</td>
			<td></td>
			<td>Used for cell culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti mouse IgG-FTIC-rabbit</td>
			<td>Santa Cruz Biotechnology</td>
			<td>J1514</td>
			<td>Seconder antibody, used for dye</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti mouse IgG-SC2781-goat</td>
			<td>Santa Cruz Biotechnology</td>
			<td>C3109</td>
			<td>Seconder antibody, used for dye</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Au coating device EM ACE600</td>
			<td>Leica</td>
			<td></td>
			<td>for gold plating of biomaterial section before SEM imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Autoclave</td>
			<td>NUVE-OT 90L</td>
			<td></td>
			<td>Used for the sterilization process.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Autoclave</td>
			<td>NUVE-OT 90L</td>
			<td></td>
			<td>Used for the sterilization process.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell Cultre Cabine</td>
			<td>Hera Safe KS</td>
			<td></td>
			<td>Used for the cell culture process</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dulbecco&#39;s Modified Eagle&#39;s Medium/Nutrient Mixture-F12</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>RNBJ7249</td>
			<td>Used as cell culture medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FEI QUANTA 450 FEG ESEM SEM</td>
			<td>Quanta</td>
			<td>FEG 450</td>
			<td>for SEM</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal Bovine Serum-FBS</td>
			<td>Capricorn</td>
			<td>FBS-16A</td>
			<td>It was used by adding to the cell culture medium.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Freezer -80&#176;C</td>
			<td>Panasonic</td>
			<td>MDF-U5386S-PE</td>
			<td>We were used to store cells and the resulting exosomes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gelatine-Alginate bioink powder</td>
			<td>HD Bioink</td>
			<td></td>
			<td>Used for produced bioink step</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GFP labelled-WJ-MSCs</td>
			<td>Virostem</td>
			<td></td>
			<td>Used for imaging to cell-bioink interaction</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Graphene nanoplatelets (Graphene-IGP2)</td>
			<td>Grafen Chemical Industries Co.</td>
			<td></td>
			<td>Used for production 3D-G bioink</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Immunofluorescence antibodies (N-CAD; &#946;-III Tubulin)</td>
			<td>Cell Signalling and Santa Cruz</td>
			<td></td>
			<td>Used for dye</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>JASCO 6600</td>
			<td>Tetra</td>
			<td></td>
			<td>for FTIR</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MTT Assay</td>
			<td>Sigma</td>
			<td></td>
			<td>Viability testing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicilin/Streptomycin Solution</td>
			<td>Capricorn</td>
			<td>PB-S</td>
			<td>It was added to the medium to prevent contamination in cell culture.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thoma slide</td>
			<td>Isolab</td>
			<td></td>
			<td>Used for counting the cell</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Time-Lapse Imaging System</td>
			<td>Zeiss Axio.Observer.Z1</td>
			<td></td>
			<td>Imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tripsin-EDTA</td>
			<td>Multicell</td>
			<td></td>
			<td>The flask was used to remove the cells covering the surface.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vorteks</td>
			<td>Biobase</td>
			<td></td>
			<td>For produced bioink step</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>WJ-MSCs</td>
			<td>ATCC</td>
			<td></td>
			<td>Used for the cell culture process</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

preparation and characterization of graphene-based 3d biohybrid hydrogel bioink for peripheral neuroengineering

Perifere neuropatier kan forekomme som følge af aksonal skade og lejlighedsvis på grund af demyeliniserende sygdomme. Perifere nerveskader er et globalt problem, der forekommer hos 1,5% -5% af akutte patienter og kan føre til betydelige tab af arbejdspladser. I dag er vævsteknologibaserede tilgange, der består af stilladser, passende cellelinjer og biosignaler, blevet mere anvendelige med udviklingen af tredimensionelle (3D) bioprintteknologier. Kombinationen af forskellige hydrogelbiomaterialer med stamceller, exosomer eller biosignalmolekyler undersøges ofte for at overvinde de eksisterende problemer i perifer nerveregenerering. Følgelig har produktionen af injicerbare systemer, såsom hydrogeler eller implanterbare rørstrukturer dannet ved forskellige bioprintmetoder, fået betydning inden for perifer neuroteknik. Under normale forhold er stamceller kroppens regenerative celler, og deres antal og funktioner falder ikke med tiden for at beskytte deres befolkninger; Disse er ikke specialiserede celler, men kan differentiere ved passende stimulering som reaktion på skade. Stamcellesystemet er under påvirkning af dets mikromiljø, kaldet stamcelleniche. Ved perifere nerveskader, især i neurotmesis, kan dette mikromiljø ikke reddes fuldt ud, selv efter kirurgisk binding af afskårne nerveender sammen. Den sammensatte biomaterialer og kombinerede cellulære terapier tilgang øger funktionaliteten og anvendeligheden af materialer med hensyn til forskellige egenskaber såsom bionedbrydelighed, biokompatibilitet og bearbejdelighed. Derfor har denne undersøgelse til formål at demonstrere forberedelsen og anvendelsen af grafenbaseret biohybrid hydrogelmønster og at undersøge differentieringseffektiviteten af stamceller i nerveceller, som kan være en effektiv løsning i nerveregenerering.

Grafentoksicitet og 2D-billeddannelse Statistisk analyse af de opnåede MTT-resultater blev udført med en envejs ANOVA med Tukeys test i statistisk analysesoftware, og den opnåede graf er vist i figur 2. Grafenprocenten sammenlignet med kontrol viste kun et signifikant fald for grafenkoncentrationen på 0,001% (**p < 0,01). Der var ingen signifikante forskelle mellem de andre grupper og kontrollen (p > 0,05). Derfor blev den optimale grafenkoncentration bestemt til at v...

Watch this Scientific Journal Video about Preparation and Characterization of Graphene-Based 3D Biohybrid Hydrogel Bioink for Peripheral Neuroengineering at JoVE.com

Preparation and Characterization of Graphene-Based 3D Biohybrid Hydrogel Bioink for Peripheral Neuroengineering

I dette manuskript demonstrerer vi fremstillingen af en biohybrid hydrogel bioink indeholdende grafen til brug i perifert vævsteknik. Ved hjælp af dette 3D-biohybridmateriale udføres stamcellernes neurale differentieringsprotokol. Dette kan være et vigtigt skridt i at bringe lignende biomaterialer til klinikken.

Forberedelse og karakterisering af grafenbaseret 3D biohybrid hydrogel bioink til perifer neuroengineering

Peripheral neuropathies can occur as a result of axonal damage, and occasionally due to demyelinating diseases. Peripheral nerve damage is a global ...

Stamcellesystemet er under påvirkning af dets vigtige komponenter. Bevarelse og differentiering af stamceller er utænkelig uden tilstedeværelsen af deres mikromiljø. Dette mikromiljø, kaldet stamcelleniche, består af celle og stilladser.Perifer neuropati kan være og lejlighedsvis, de kan såsom skade på brachii plexus, forskellige traumer, tumor, autonome anomalier, immundefinition, og metabolisk sygdom. Forskellige 3D-kulturmetoder er blevet udviklet for at give stamcellerne en bedre og mere naturlig niche. Sfærisk dannelse og 3D-bioprint er relativt nye og lovende metoder til 3D-kulturer.3D-bioprint kan også bruges i neuroengineering-studier. Derfor blev grafenbaserede og alginat/gelatinebaserede bioblæk udviklet og undersøgt for deres regenerative egenskaber. Til at begynde med, kultur Whartons gelé mesenkymale stamceller eller WJMSCs i DMEM F12 medium indeholdende 10% føtal kalveserum eller FBS, 1% pen / strep og 1% L-glutamin under en steril laminær strømning ved stuetemperatur.Når de dyrkede celler er 80% sammenflydende i kolben, hældes mediet og vaskes cellerne med fem ml PBS. Derefter tilsættes fem ml 0,25% trypsin og 2,21 millimolært natrium EDTA og inkuberes ved 37 grader Celsius. Efter fem minutter tilsættes 10 ml DMEM F12-medium indeholdende 10% FBS til cellerne.Suspender cellerne, saml mediet og overfør det til et centrifugerør. Derefter centrifugeres cellerne, og supernatanten kasseres, inden cellerne sås igen i en ny kolbe med et frisk næringssubstrat indeholdende 10 % FBS. For at forberede kontrolgruppens bioink uden grafen vejes 4,5 milligram alginat og 1,5 milligram gelatine og overføres til et centrifugerør.Derefter tilsættes 50 ml DMEM F12-medium indeholdende 10% FBS til røret. Igen vejer 4,5 milligram alginat og 1,5 milligram gelatine og overfører dem til et centrifugerør. Derefter tilsættes 50 mikroliter 0,1% grafen til røret og volumen 50 ml med DMEM F12-medium indeholdende 10% FBS.Bland bioblækket ved pipettering og hvirvelstrøm, før det autoklaveres ved 121 grader Celsius under 1,5. atmosfærisk tryk i 20 minutter. Efter autoklavering centrifugeres opløsningen for at fjerne dannede bobler og placeres bioblækket ved 37 grader Celsius, indtil cellerne er klargjort.For cellens bioink-interaktion skal du oprette bioink-grupperne. Gruppe et omfatter 3D-B og 3D-G printet med bioblæk til bioprint. Gruppe to omfatter 3D-BS og 3D-GS bioblæk, hvorpå sfæroider blev dannet efter bioprint.For gruppe en tælles cellerne til en med 10 til de syvende celler i 0, 5 ml medium. Tilsæt derefter 4,5 ml bioink. Overfør blandingen til patronerne i det sterile skab ved hjælp af sprøjter.Installer patronerne i den tilsvarende ekstrudersektion af bioprinteren. For den anden gruppe skal du tage fem milliliter bioink fra hver af bioinkgrupperne og overføre dem til sterile patroner ved hjælp af en injektor. Brug bioprinteren med to koaksiale printhoveder og den pneumatisk drevne ekstruderingsteknologi.Indstil XYZ-opløsningen pr. mikrotrin til 1,25 mikrometer, ekstruderingsbredden til 400 mikrometer og ekstruderingshøjden til 200 mikrometer. Brug et gitter på 20 x 20 x 5 millimeter til at oprette 3D-modeller. Opret 3D-modeller ved hjælp af open source webbaserede CAD-programmer.For 3D-bioprintprocessen skal du indstille printerens gennemsnitstryk til 7,5 psi. Indstil derefter cylinderampullen og sengetemperaturen til 37 grader Celsius og hastigheden til 60 %Placer systemet i startposition under skrivefasen. Placer akserne automatisk, og vælg og indstil ekstruderen, inden bioprintprocessen startes.Efter udskrivningen skal du fjerne prøven og placere den under et laminært flowskab. Sprøjt derefter bioblækket med 0,1 normal calciumchloridopløsning eller tilsæt en milliliter opløsning med en pipette ved stuetemperatur og vent i 10 til 20 sekunder. Derefter vaskes de trykte mønstre to gange med PBS indeholdende calcium og magnesium.Tilsæt to milliliter DMEM F12-medium med 10% FBS oven på hver celle, der indeholder bioblækgruppe, og inkuber pladerne ved 37 grader Celsius med 5% kuldioxid i 30 minutter. Derefter tilsættes to ml suspensionsmedium indeholdende en til 10 til de sjette celler til hver gruppe og inkuberer pladerne. Efter 24 timer observeres og fotograferes alle batcher af bioink til sfærisk dannelse under et omvendt mikroskop for WJMSC's differentiering til neuronlignende celler undtagen kontrolgruppen.Tilsæt to ml neurogent differentieringsmedium pr. Brønd og opdater hver anden dag. Følg i syv dage for at observere neural differentiering. Dernæst skal du ved hjælp af timelapse-billeddannelse undersøge virkningerne af grafen på stamceller og overvåge celleinteraktioner inden for bioblækket.Effekten af grafenkoncentration på celleproliferation demonstreres her. Sammenlignet med kontrollen blev der observeret signifikant fald for grafenkoncentrationen på 0,001 %. Der var ingen signifikante forskelle mellem de andre grupper og kontrollen.Cellegrafeninteraktionerne viste, at grafen blev tolereret i 2D-systemet og blev taget af cellerne gennem endocytose. Timelapse-billeddannelse viste, at celler, der overlevede i 3D-grafenmediet, opretholdt deres vitalitet gennem GFP-lysstyrke indtil slutningen af inkubationen. SEM-billeder og FIIR-analyse af 3D-B- og 3D-G-bioink-grupperne vises her.Bioblækcelleinteraktioner blev demonstreret både på overfladen og internt. Cellerne var morfologisk runde og fastgjort til materialet. I 3D neuronal differentiering blev det vurderet, at grænserne for sfæroidcellerne i begge grupper var gennemsigtige og livlige, og sfæroiderne i grafengruppen var relativt større og fangede grafen inde i cellen.Immunfarvning af 2D- og 3D-celler er vist her. De grønne billeder repræsenterer neuronlignende strukturer. Den 2D-positive kontrolprøve udtrykte færre neuronlignende strukturmarkører end 3D-prøverne.Vi opdagede, at grafenbaserede bioblæk var mere vellykkede med hensyn til differentiering af stamceller i neuronlignende celler. Vi foreslår, at grafenbaserede bioblæk ville være fremragende værktøjer til behandling af perifere nervesygdomme i yderligere undersøgelser. I dag kan stamcellesystemet skabes ved vævsteknik med naturlige og syntetiske biomaterialer Oprettelsen af kunstige væv, der kan erstatte levende væv, som kan bruges til regenerering af disse væv, fjerne skaden og tilvejebringe funktion tilvejebringes ved vævsteknik.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

3D Hydrogel Scaffolds for Articular Chondrocyte Culture and Cartilage Generation

3D Hydrogel stillads til Artikulære chondrocyt Kultur og brusk Generation

Human articular cartilage is highly susceptible to damage and has limited self-repair and regeneration potential. Cell-based strategies to engineer ...

Construction of Modular Hydrogel Sheets for Micropatterned Macro-scaled 3D Cellular Architecture

Konstruktion af Modular Hydrogel Leverandørbrugsanvisning på mikromønstrede Macro-skaleret 3D Cellular Arkitektur

Hydrogels can be patterned at the micro-scale using microfluidic or micropatterning technologies to provide an in vivo-like three-dimensional (3D) tissue ...

Bioprinting Cellularized Constructs Using a Tissue-specific Hydrogel Bioink

Bioprinting Cellularized Konstruerer Ved hjælp af en Tissue-specifik Hydrogel Bioink

Bioprinting has emerged as a versatile biofabrication approach for creating tissue engineered organ constructs. These constructs have potential use as ...

Bioprinting of Cartilage and Skin Tissue Analogs Utilizing a Novel Passive Mixing Unit Technique for Bioink Precellularization

Bioprinting af brusk og huden væv analoger udnytter en roman passiv blanding enhed teknik for Bioink Precellularization

Bioprinting is a powerful technique for the rapid and reproducible fabrication of constructs for tissue engineering applications. In this study, both ...

Microhoneycomb Monoliths Prepared by the Unidirectional Freeze-drying of Cellulose Nanofiber Based Sols: Method and Extensions

Microhoneycomb Monoliter udarbejdet af den ensrettede frysetørring af Cellulose Nanofiber baseret Sols: metode og udvidelser

Monolithic honeycomb structures have been attractive to multidisciplinary fields due to their high strength-to-weight ratio. Particularly, microhoneycomb ...

3D Printed Porous Cellulose Nanocomposite Hydrogel Scaffolds

3D trykt porøse Cellulose Nanocomposite Hydrogel stilladser

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

Pancreasvæv-afledte ekstracellulære matrix Bioink til udskrivning 3D celle-lastet pancreas væv 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

Protokoller af 3D Bioprinting af gelatine Methacryloyl hydrogel baserede Bioinks

Gelatin methacryloyl (GelMA) has become a popular biomaterial in the field of bioprinting. The derivation of this material is gelatin, which is hydrolyzed ...

Using Multilayered Hydrogel Bioink in Three-Dimensional Bioprinting for Homogeneous Cell Distribution

Brug af multilayered Hydrogel Bioink i tredimensionel bioprint til homogen cellefordeling

During the extrusion-based three-dimensional bioprinting process, liquid-like bioinks with low viscosity can protect cells from membrane damage induced by ...

Quantitative Characterization of Bioink Properties for Continuous DLP Printing

Quantitative Characterization of Liquid Photosensitive Bioink Properties for Continuous Digital Light Processing Based Printing

Quantitative Characterization of Liquid Photosensitive Bioink Properties for Continuous Digital Light Processing Based Printing (Video) | JoVE 

Kvantitativ karakterisering af flydende lysfølsomme bioblækegenskaber til kontinuerlig digital lysbehandlingsbaseret udskrivning

Precise printing fabrication of bioinks is a prerequisite for tissue engineering; the Jacobs working curve is the tool to determine the precise printing ...