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

Het grafeen dat in deze studie werd gebruikt, werd ontwikkeld aan de Kirklareli University, Department of Mechanical Engineering. Het werd geschonken door Dr. Karabeyoğlu. De grafeentoxiciteitstest werd gefinancierd door het project getiteld "Printing and Differentiation of Mesenchymal Stem Cells on 3D Bioprinters with Graphene Doped Bioinks" (Application No: 1139B411802273) voltooid in het kader van TÜBİTAK 2209-B-Industry-Oriented Undergraduate Thesis Support Program. Het andere deel van de studie werd ondersteund door het onderzoeksfonds van Yildiz Technical University Scientific Research Projects (TSA-2021-4713). Mesenchymale stamcellen met GFP gebruikt in de time-lapse beeldvormingsfase werden gedoneerd door Virostem Biotechnology. De auteurs bedanken Darıcı LAB en YTU The Cell Culture and Tissue Engineering LAB-team voor productieve discussies.

1. Kweken van Wharton's gelei mesenchymale stamcellen
<ol><li>Neem de gelei mesenchymale stamcellen van de Wharton (WJ-MSCs, van ATCC) uit een vriezer van −80 °C. Kweek WJ-MSC's in DMEM-F12 medium met 10% foetaal kalfsserum (FBS), 1% Pen-Strep en 1% L-glutamine in een steriele laminaire stroom bij kamertemperatuur, zoals beschreven in Yurie et al.20.</li>
	<li>Cryopreserveer sommige cellen bij 1 x 106 cellen / ml met vriesmedium dat 35% FBS, 55% DMEMF-12 en 10% dim...

<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>

De voordelen van behandelingen toegepast met technische 3D-steigers ten opzichte van conventionele 2D-methoden worden elke dag meer en meer merkbaar. Stamcellen die alleen in deze therapieën worden gebruikt of samen met steigers geproduceerd uit verschillende biomaterialen met een lage biocompatibiliteit en biologische afbreekbaarheid zijn meestal ontoereikend bij perifere zenuwregeneratie. Wharton's jelly mesenchymale stamcellen (WJ-MSCs) lijken een geschikte kandidaat-cellijn te zijn, vooral gezien de optimalisatie va...

Het zenuwstelsel, het mechanisme dat de interne structuur van het organisme en de omgeving overbrugt, is verdeeld in twee delen: het centrale en perifere zenuwstelsel. Perifere zenuwbeschadiging is een wereldwijd probleem dat 1,5% -5% van de patiënten vormt die zich op de afdeling spoedeisende hulp presenteren en zich ontwikkelt als gevolg van verschillende trauma's, wat leidt tot aanzienlijk baanverlies 1,2,3.
Tegenwoordig zijn cellulaire benaderingen van perifere neuro-engineering van groot belang. Stamcellen komen op de eerste plaats onder de cellen die in deze benaderingen worden gebruikt. Onder normale omstandigheden zijn stamcellen de regeneratieve cellen van het lichaam en hun aantal en functies nemen niet af met de tijd om hun populaties te beschermen; Deze cellen zijn gespecialiseerd, maar kunnen differentiëren bij passende stimulatie als reactie op letsel 4,5. Volgens de stamcelhypothese staat het stamcelsysteem onder invloed van zijn micro-omgeving, de stamcelniche genaamd. Het behoud en de differentiatie van stamcellen zijn onmogelijk zonder de aanwezigheid van hun micro-omgeving6, die kan worden gereconstitueerd via tissue engineering met behulp van cellen en steigers7. Tissue engineering is een multidisciplinair veld dat zowel technische als biologische principes omvat. Tissue engineering biedt hulpmiddelen voor het creëren van kunstmatige weefsels die levende weefsels kunnen vervangen en kan worden gebruikt bij de regeneratie van deze weefsels door de beschadigde weefsels te verwijderen en functionele weefsels te leveren8. Weefselsteigers, een van de drie hoekstenen van tissue engineering, worden geproduceerd met behulp van verschillende methoden van natuurlijke en synthetische materialen9. Driedimensionaal (3D) printen is een opkomende additieve productietechnologie die veel wordt gebruikt om defecte weefsels te vervangen of te herstellen via de eenvoudige maar veelzijdige productie van complexe vormen met behulp van verschillende methoden. Bioprinting is een additieve productiemethode die het naast elkaar bestaan van cellen en biomaterialen mogelijk maakt, genaamd bioinks10. Gezien de interactie van zenuwcellen met elkaar, zijn studies verschoven naar geleidende biomateriaalkandidaten zoals grafeen. Grafeen nanoplaten, die eigenschappen hebben zoals flexibele elektronica, supercondensatoren, batterijen, optica, elektrochemische sensoren en energieopslag, zijn een geprefereerd biomateriaal op het gebied van tissue engineering11. Grafeen is gebruikt in studies waar de proliferatie en regeneratie van beschadigde weefsels en organen werden uitgevoerd12,13.
Tissue engineering bestaat uit drie basisbouwstenen: steigers, cellen en biosignaalmoleculen. Er zijn tekortkomingen in de studies naar perifere zenuwbeschadiging in termen van het volledig verstrekken van deze drie structuren. Er zijn verschillende problemen ondervonden bij de biomaterialen die in de studies worden geproduceerd en gebruikt, zoals het feit dat ze alleen stamcellen of biosignaalmoleculen bevatten, het ontbreken van een bioactief molecuul dat stamceldifferentiatie mogelijk maakt, het gebrek aan biocompatibiliteit van het gebruikte biomateriaal en het lage effect op de proliferatie van cellen in de weefselniche, en dus wordt zenuwgeleiding niet volledig gerealiseerd 2,13,14,15,16. Dit vereist de optimalisatie van zenuwregeneratie, het verminderen van spieratrofie 17,18 en het creëren van noodzakelijke homing19 met groeifactoren tegen dergelijke problemen. Op dit punt zijn de karakterisering en analyse van de neuro-activiteit van een chirurgisch biomateriaalprototype, dat naar de kliniek moet worden overgebracht, erg belangrijk.
Dienovereenkomstig onderzoekt deze methodestudie de bioink hydrogel-patronen met grafeennanoplaten gevormd door een 3D-bioprinter en de effectiviteit ervan op de neurogene differentiatie van de stamcellen die het bevat. Ook worden de effecten van grafeen op neurosfeervorming en differentiatie onderzocht.

<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 neuropathieën kunnen optreden als gevolg van axonale schade en soms als gevolg van demyeliniserende ziekten. Perifere zenuwbeschadiging is een wereldwijd probleem dat voorkomt bij 1,5% -5% van de spoedeisende hulppatiënten en kan leiden tot aanzienlijk banenverlies. Tegenwoordig zijn op tissue engineering gebaseerde benaderingen, bestaande uit steigers, geschikte cellijnen en biosignalen, meer toepasbaar geworden met de ontwikkeling van driedimensionale (3D) bioprinttechnologieën. De combinatie van verschillende hydrogel-biomaterialen met stamcellen, exosomen of bio-signalerende moleculen wordt vaak bestudeerd om de bestaande problemen bij perifere zenuwregeneratie te overwinnen. Dienovereenkomstig heeft de productie van injecteerbare systemen, zoals hydrogels, of implanteerbare buisstructuren gevormd door verschillende bioprintmethoden aan belang gewonnen in perifere neuro-engineering. Onder normale omstandigheden zijn stamcellen de regeneratieve cellen van het lichaam en hun aantal en functies nemen niet af met de tijd om hun populaties te beschermen; Dit zijn geen gespecialiseerde cellen, maar kunnen differentiëren bij passende stimulatie als reactie op letsel. Het stamcelsysteem staat onder invloed van zijn micro-omgeving, de stamcelniche genaamd. Bij perifere zenuwletsels, vooral bij neurotmese, kan deze micro-omgeving niet volledig worden gered, zelfs niet na het chirurgisch samenbinden van doorgesneden zenuwuiteinden. De benadering van samengestelde biomaterialen en gecombineerde cellulaire therapieën verhoogt de functionaliteit en toepasbaarheid van materialen in termen van verschillende eigenschappen zoals biologische afbreekbaarheid, biocompatibiliteit en verwerkbaarheid. Dienovereenkomstig heeft deze studie tot doel de bereiding en het gebruik van op grafeen gebaseerde biohybride hydrogelpatronen aan te tonen en de differentiatie-efficiëntie van stamcellen in zenuwcellen te onderzoeken, wat een effectieve oplossing kan zijn bij zenuwregeneratie.

Grafeentoxiciteit en 2D-beeldvorming Statistische analyse van de verkregen MTT-resultaten werd uitgevoerd met een eenrichtings-ANOVA met Tukey's test in statistische analysesoftware, en de verkregen grafiek is weergegeven in figuur 2. Het grafeenpercentage in vergelijking met de controle vertoonde alleen een significante daling voor de grafeenconcentratie van 0,001% (**p < 0,01).. Er waren geen significante verschillen tussen de andere groepen en de controle (p > 0,05). D...

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

In dit manuscript demonstreren we de bereiding van een biohybride hydrogel bioink met grafeen voor gebruik in perifere tissue engineering. Met behulp van dit 3D-biohybride materiaal wordt het neurale differentiatieprotocol van stamcellen uitgevoerd. Dit kan een belangrijke stap zijn om vergelijkbare biomaterialen naar de kliniek te brengen.

Voorbereiding en karakterisering van op grafeen gebaseerde 3D biohybride hydrogel bioink voor perifere neuro-engineering

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

Het stamcelsysteem staat onder invloed van zijn belangrijke componenten. Het behoud en de differentiatie van stamcellen is ondenkbaar zonder de aanwezigheid van hun micro-omgeving. Deze micro-omgeving, stamcelniche genaamd, bestaat uit cellen en steigers.Perifere neuropathie kan zijn en af en toe, ze kunnen zoals letsel aan de brachii plexus, verschillende trauma's, tumor, autonome anomalieën, immuundefinitie, en metabole ziekte. Er zijn verschillende 3D-kweekmethoden ontwikkeld om een betere en meer natuurlijke niche voor de stamcellen te bieden. Sferoïdevorming en 3D-bioprinting zijn relatief nieuwe en veelbelovende methoden voor 3D-culturen.3D-bioprinting kan ook worden gebruikt in neuro-engineering studies. Daarom werden binnen deze studie bioinks op basis van grafeen en alginaat / gelatine ontwikkeld en bestudeerd op hun regeneratieve eigenschappen. Om te beginnen, kweek Wharton's gelei mesenchymale stamcellen of WJMSC's in DMEM F12-medium met 10% foetaal kalfsserum of FBS, 1% pen / streptokokken en 1% L-glutamine onder een steriele laminaire stroom bij kamertemperatuur.Wanneer de gekweekte cellen voor 80% samenvloeien in de kolf, giet u het medium en wast u de cellen met vijf milliliter PBS. Voeg vervolgens vijf milliliter 0,25% trypsine en 2,21 millimolar natrium EDTA toe en incubeer bij 37 graden Celsius. Voeg na vijf minuten 10 milliliter DMEM F12-medium met 10% FBS toe aan de cellen.Suspensie de cellen, verzamel het medium en breng het over naar een centrifugebuis. Centrifugeer vervolgens de cellen en gooi het supernatant weg voordat u de cellen opnieuw inzaait in een nieuwe kolf met een vers voedingsmedium dat 10% FBS bevat. Om de bioink van de controlegroep zonder grafeen te bereiden, weegt u 4,5 milligram alginaat en 1,5 milligram gelatine af en brengt u deze over naar een centrifugebuis.Voeg vervolgens 50 milliliter DMEM F12-medium met 10% FBS toe aan de buis. Weeg nogmaals 4,5 milligram alginaat en 1,5 milligram gelatine af en breng ze over in een centrifugebuis. Voeg vervolgens 50 microliter 0,1% grafeen toe aan de buis en maak het volume 50 milliliter met DMEM F12-medium dat 10% FBS bevat.Meng de bioinks door pipetteren en vortexen voor autoclaveren bij 121 graden Celsius onder 1,5. atmosferische druk gedurende 20 minuten. Na het autoclaveren centrifugeert u de oplossing om gevormde bellen te verwijderen en plaatst u de bioinks op 37 graden Celsius totdat de cellen zijn voorbereid.Maak voor de celbioink-interactie de bioink-groepen. Groep één omvat 3D-B en 3D-G geprint met bioink voor bioprinting. Groep twee omvat 3D-BS en 3D-GS bioinks waarop sferoïden werden gevormd na bioprinting.Tel voor groep één de cellen één bij 10 tot de zevende cel in 0,5 milliliter medium. Voeg vervolgens 4,5 milliliter bioink toe. Breng het mengsel met behulp van spuiten over naar de patronen in de steriele kast.Installeer de cartridges in het overeenkomstige extrudergedeelte van de bioprinter. Neem voor de tweede groep vijf milliliter bioink van elk van de bioinkgroepen en breng ze over naar steriele patronen met behulp van een injector. Gebruik de bioprinter met twee coaxiale printkoppen en de pneumatisch aangedreven extrusietechnologie.Stel de XYZ-resolutie per microstap in op 1,25 micrometer, de extrusiebreedte op 400 micrometer en de extrusiehoogte op 200 micrometer. Gebruik een raster van 20 bij 20 bij 5 millimeter om 3D-modellen te maken. Maak 3D-modellen met behulp van open source webgebaseerde CAD-programma's.Stel voor het 3D-bioprintproces de gemiddelde druk van de printer in op 7,5 psi. Stel vervolgens de cartridge- en bedtemperatuur in op 37 graden Celsius en snelheid op 60%Plaats het systeem in de thuispositie tijdens de schrijffase. Plaats de assen automatisch en selecteer en stel de extruder in voordat u het bioprintproces start.Verwijder na het afdrukken het monster en plaats het onder een laminaire flowkast. Spuit vervolgens de bioinks met 0,1 normale calciumchlorideoplossing of voeg een milliliteroplossing toe met een pipet bij kamertemperatuur en wacht 10 tot 20 seconden. Was vervolgens de geprinte patronen twee keer met PBS dat calcium en magnesium bevat.Voeg twee milliliter DMEM F12-medium met 10% FBS toe aan de bovenkant van elke cel met bioink-groep en incuber de platen bij 37 graden Celsius met 5% koolstofdioxide gedurende 30 minuten. Voeg vervolgens twee milliliter suspensiemedium met één bij 10 tot de zesde cellen toe aan elke groep en incuber de platen. Observeer en fotografeer na 24 uur alle batches bioink voor sferoïdevorming onder een omgekeerde microscoop voor WJMSC-differentiatie naar neuronachtige cellen, behalve voor de controlegroep.Voeg twee milliliter neurogeen differentiatiemedium per put toe en ververs om de twee dagen. Volg gedurende zeven dagen om neurale differentiatie te observeren. Onderzoek vervolgens met behulp van timelapse-beeldvorming de effecten van grafeen op stamcellen en monitor celinteracties binnen de bioink.Het effect van grafeenconcentratie op celproliferatie wordt hier aangetoond. In vergelijking met de controle werd een significante afname waargenomen voor de grafeenconcentratie van 0,001%. Er waren geen significante verschillen tussen de andere groepen en de controle.De celgrafeeninteracties toonden aan dat grafeen werd getolereerd in het 2D-systeem en door de cellen werd ingenomen door middel van endocytose. Timelapse-beeldvorming toonde aan dat cellen die overleefden in het 3D-grafeenmedium hun vitaliteit behielden door GFP-helderheid tot het einde van de incubatie. SEM-beelden en FIIR-analyse van de 3D-B- en 3D-G-bioinkgroepen worden hier getoond.Bioink-celinteracties werden zowel aan de oppervlakte als intern aangetoond. De cellen waren morfologisch rond en bevestigd aan het materiaal. Bij 3D-neuronale differentiatie werd aangenomen dat de grenzen van de sferoïde cellen in beide groepen transparant en levendig waren, en de sferoïden in de grafeengroep waren relatief groter en hielden het grafeen in de cel gevangen.Immunostaining van 2D- en 3D-cellen wordt hier getoond. De groene afbeeldingen vertegenwoordigen neuronachtige structuren. Het 2D-positieve controlemonster vertoonde minder neuronachtige structuurmarkers dan de 3D-monsters.We ontdekten dat op grafeen gebaseerde bioinks succesvoller waren in termen van differentiatie van stamcellen in neuronachtige cellen. We stellen voor dat op grafeen gebaseerde bioinks uitstekende hulpmiddelen zouden zijn voor de behandeling van perifere zenuwaandoeningen in verdere studies. Tegenwoordig kan het stamcelsysteem worden gecreëerd door tissue engineering met natuurlijke en synthetische biomaterialen De creatie van kunstmatige weefsels die levende weefsels kunnen vervangen die kunnen worden gebruikt bij de regeneratie van deze weefsels, het verwijderen van de schade en het bieden van functie wordt geleverd door tissue engineering.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

3D Hydrogel Scaffolds for Articular Chondrocyte Culture and Cartilage Generation

3D Hydrogel Stellingen voor Articulaire Chondrocyte Cultuur en Kraakbeen 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

Bouw van modulaire Hydrogel Sheets voor micropatterned Macro-schaal 3D Cellular Architecture

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 Construeert met een tissue-specifieke 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 van kraakbeen en huid weefsel analogen met behulp van een roman passief mengen eenheid techniek voor 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 monolieten bereid door de unidirectionele vriesdrogen van Cellulose Nanofiber gebaseerd Sols: methode en uitbreidingen

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 afgedrukt poreuze Cellulose nanocomposietmaterialen Hydrogel steigers

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

Pancreatic weefsel-afgeleide extracellulaire matrix Bioink voor het afdrukken van 3D Cell-beladen alvleesklier weefsel constructies

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

Protocollen van 3D Bioprinting van gelatine Methacryloyl hydrogel gebaseerde 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

Met behulp van meerlaagse Hydrogel Bioink in driedimensionale bioprinting voor homogene celdistributie

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 

Kwantitatieve karakterisering van vloeibare lichtgevoelige bioink-eigenschappen voor continu digitaal afdrukken op basis van lichtverwerking

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