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

Le graphène utilisé dans cette étude a été développé à l’Université Kirklareli, Département de génie mécanique. Il a été donné par le Dr Karabeyoğlu. Le test de toxicité du graphène a été financé par le projet intitulé « Printing and Differentiation of Mesenchymal Stem Cells on 3D Bioprinters with Graphene Doped Bioinks » (No de demande: 1139B411802273) réalisé dans le cadre du programme de soutien aux thèses de premier cycle TÜBİTAK 2209-B-Industry-Oriented Undergraduate Thesis Support. L’autre partie de l’étude a été financée par le fonds de recherche fourni par Yildiz Technical University Scientific Research Projects (TSA-2021-4713). Les cellules souches mésenchymateuses avec GFP utilisées dans la phase d’imagerie time-lapse ont été données par Virostem Biotechnology. Les auteurs remercient Darıcı LAB et l’équipe YTU The Cell Culture and Tissue Engineering LAB pour leurs discussions productives.

1. Culture de cellules souches mésenchymateuses de gelée de Wharton
<ol><li>Sortez les cellules souches mésenchymateuses de la gelée de Wharton (WJ-MSCs, de l’ATCC) d’un congélateur à -80 °C. Culture de CSM WJ-dans un milieu DMEM-F12 contenant 10 % de sérum de veau fœtal (FBS), 1 % de Pen-Strep et 1 % de L-glutamine dans un flux laminaire stérile à température ambiante, comme décrit dans Yurie et coll.20.</li>
	<li>Cryoconserver certaines cellules à 1 x 10...

<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>

Les avantages des traitements appliqués avec des échafaudages 3D d’ingénierie par rapport aux méthodes 2D conventionnelles deviennent de plus en plus perceptibles chaque jour. Les cellules souches utilisées seules dans ces thérapies ou avec des échafaudages produits à partir de divers biomatériaux à faible biocompatibilité et biodégradabilité sont généralement inadéquates dans la régénération des nerfs périphériques. Les cellules souches mésenchymateuses de gelée de Wharton (WJ-MSCs) semblent êt...

Le système nerveux, qui est le mécanisme qui relie la structure interne de l’organisme et de l’environnement, est divisé en deux parties: le système nerveux central et périphérique. Les lésions nerveuses périphériques sont un problème global qui représente 1,5% à 5% des patients qui se présentent à l’urgence et se développent en raison de divers traumatismes, entraînant des pertes d’emploi importantes 1,2,3.
Aujourd’hui, les approches cellulaires de la neuro-ingénierie périphérique sont d’un grand intérêt. Les cellules souches viennent en premier parmi les cellules utilisées dans ces approches. Dans des conditions normales, les cellules souches sont les cellules régénératrices du corps, et leur nombre et leurs fonctions ne diminuent pas avec le temps pour protéger leurs populations; Ces cellules sont spécialisées mais peuvent se différencier sur une stimulation appropriée en réponse à une blessure 4,5. Selon l’hypothèse des cellules souches, le système de cellules souches est sous l’influence de son microenvironnement, appelé niche des cellules souches. La conservation et la différenciation des cellules souches sont impossibles sans la présence de leur microenvironnement6, qui peut être reconstitué par ingénierie tissulaire à l’aide de cellules et d’échafaudages7. Le génie tissulaire est un domaine multidisciplinaire qui comprend à la fois des principes d’ingénierie et de biologie. L’ingénierie tissulaire fournit des outils pour la création de tissus artificiels qui peuvent remplacer les tissus vivants et peuvent être utilisés dans la régénération de ces tissus en enlevant les tissus endommagés et en fournissant des tissus fonctionnels8. Les échafaudages tissulaires, l’une des trois pierres angulaires de l’ingénierie tissulaire, sont produits à l’aide de méthodes différentes à partir de matériaux naturels et synthétiques9. L’impression tridimensionnelle (3D) est une technologie émergente de fabrication additive largement utilisée pour remplacer ou restaurer les tissus défectueux grâce à sa production simple mais polyvalente de formes complexes à l’aide de diverses méthodes. La bio-impression est une méthode de fabrication additive qui permet la coexistence de cellules et de biomatériaux, appelée bioencres10. Compte tenu de l’interaction des cellules nerveuses entre elles, les études se sont orientées vers des biomatériaux candidats conducteurs tels que le graphène. Les nanoplaques de graphène, qui ont des propriétés telles que l’électronique flexible, les supercondensateurs, les batteries, l’optique, les capteurs électrochimiques et le stockage d’énergie, sont un biomatériau privilégié dans le domaine de l’ingénierie tissulaire11. Le graphène a été utilisé dans des études où la prolifération et la régénération de tissus et d’organes endommagés ont été effectuées12,13.
L’ingénierie tissulaire se compose de trois blocs de construction de base: l’échafaudage, les cellules et les molécules de biosignal. Il y a des lacunes dans les études sur les lésions nerveuses périphériques en termes de fourniture complète de ces trois structures. Divers problèmes ont été rencontrés dans les biomatériaux produits et utilisés dans les études, tels que le fait qu’ils ne contiennent que des cellules souches ou des molécules biosignales, l’absence d’une molécule bioactive permettant la différenciation des cellules souches, le manque de biocompatibilité du biomatériau utilisé et le faible effet sur la prolifération des cellules dans la niche tissulaire, et, par conséquent, la conduction nerveuse n’étant pas pleinement réalisée 2,13,14,15,16. Cela nécessite l’optimisation de la régénération nerveuse, la réduction de l’atrophie musculaire 17,18 et la création de la réponse nécessaire19 avec des facteurs de croissance contre de tels problèmes. À ce stade, la caractérisation et l’analyse de la neuroactivité d’un prototype de biomatériau chirurgical, à transférer à la clinique, sont très importantes.
En conséquence, cette étude de méthodes étudie la structuration d’hydrogel de bio-encre avec des nanoplaques de graphène formées par une bioimprimante 3D et son efficacité sur la différenciation neurogène des cellules souches qu’elle contient. En outre, les effets du graphène sur la formation et la différenciation des neurosphères sont étudiés.

<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

Les neuropathies périphériques peuvent survenir à la suite de lésions axonales et parfois en raison de maladies démyélinisantes. Les lésions nerveuses périphériques sont un problème mondial qui survient chez 1,5 à 5 % des patients aux urgences et peut entraîner des pertes d’emplois importantes. Aujourd’hui, les approches basées sur l’ingénierie tissulaire, composées d’échafaudages, de lignées cellulaires appropriées et de biosignaux, sont devenues plus applicables avec le développement de technologies de bio-impression tridimensionnelle (3D). La combinaison de divers biomatériaux hydrogels avec des cellules souches, des exosomes ou des molécules de biosignalisation est fréquemment étudiée pour surmonter les problèmes existants dans la régénération des nerfs périphériques. En conséquence, la production de systèmes injectables, tels que les hydrogels, ou de structures de conduits implantables formées par diverses méthodes de bio-impression a pris de l’importance dans la neuro-ingénierie périphérique. Dans des conditions normales, les cellules souches sont les cellules régénératrices du corps, et leur nombre et leurs fonctions ne diminuent pas avec le temps pour protéger leurs populations; Ce ne sont pas des cellules spécialisées, mais elles peuvent se différencier par une stimulation appropriée en réponse à une blessure. Le système de cellules souches est sous l’influence de son microenvironnement, appelé niche des cellules souches. Dans les lésions nerveuses périphériques, en particulier dans la névrotémèse, ce microenvironnement ne peut pas être complètement sauvé même après avoir lié chirurgicalement les terminaisons nerveuses sectionnées ensemble. L’approche des biomatériaux composites et des thérapies cellulaires combinées augmente la fonctionnalité et l’applicabilité des matériaux en termes de propriétés diverses telles que la biodégradabilité, la biocompatibilité et la processabilité. En conséquence, cette étude vise à démontrer la préparation et l’utilisation de motifs d’hydrogel biohybrides à base de graphène et à examiner l’efficacité de différenciation des cellules souches en cellules nerveuses, ce qui peut être une solution efficace dans la régénération nerveuse.

Toxicité du graphène et imagerie 2D L’analyse statistique des résultats MTT obtenus a été effectuée avec une ANOVA unidirectionnelle avec le test de Tukey dans un logiciel d’analyse statistique, et le graphique obtenu est illustré à la figure 2. Le pourcentage de graphène par rapport au témoin n’a montré une diminution significative que pour la concentration de graphène de 0,001% (**p < 0,01). Il n’y avait pas de différences significatives entre les a...

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

Dans ce manuscrit, nous démontrons la préparation d’une bioencre d’hydrogel biohybride contenant du graphène pour une utilisation dans l’ingénierie tissulaire périphérique. À l’aide de ce matériau biohybride 3D, le protocole de différenciation neuronale des cellules souches est effectué. Cela peut être une étape importante dans l’introduction de biomatériaux similaires à la clinique.

Préparation et caractérisation de bio-encre d’hydrogel biohybride 3D à base de graphène pour la neuro-ingénierie périphérique

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

Le système de cellules souches est sous l’influence de ses composants importants. La préservation et la différenciation des cellules souches sont impensables sans la présence de leur microenvironnement. Ce microenvironnement, appelé niche de cellules souches, est constitué de cellules et d’échafaudages.La neuropathie périphérique peut être et occasionnellement, ils peuvent comme une lésion du plexus brachi, divers traumatismes, une tumeur, des anomalies autonomes, une définition immunitaire et une maladie métabolique. Diverses méthodes de culture 3D ont été développées pour fournir une niche meilleure et plus naturelle pour les cellules souches. La formation de sphéroïdes et la bio-impression 3D sont des méthodes relativement nouvelles et prometteuses pour les cultures 3D.La bio-impression 3D peut également être utilisée dans des études de neuro-ingénierie. Par conséquent, dans le cadre de cette étude, des bio-encres à base de graphène et d’alginate/gélatine ont été développées et étudiées pour leurs caractéristiques régénératrices. Pour commencer, culture de cellules souches mésenchymateuses de gelée de Wharton ou WJMSCs dans un milieu DMEM F12 contenant 10% de sérum de veau fœtal ou FBS, 1% de stylo / streptocoque et 1% de L-glutamine sous un flux laminaire stérile à température ambiante.Lorsque les cellules cultivées sont confluentes à 80% dans le ballon, verser le milieu et laver les cellules avec cinq millilitres de PBS. Ajoutez ensuite cinq millilitres de trypsine à 0,25% et d’EDTA de sodium à 2,21 millimolaires et incuber à 37 degrés Celsius. Après cinq minutes, ajoutez 10 millilitres de milieu DMEM F12 contenant 10% FBS aux cellules.Suspendez les cellules, recueillez le milieu et transférez-le dans un tube à centrifuger. Ensuite, centrifuger les cellules et jeter le surnageant avant de réensemencer les cellules dans une nouvelle fiole avec un milieu nutritif frais contenant 10% de FBS. Pour préparer la bio-encre du groupe témoin sans graphène, pesez 4,5 milligrammes d’alginate et 1,5 milligramme de gélatine et transférez-les dans un tube à centrifuger.Ajoutez ensuite 50 millilitres de milieu DMEM F12 contenant 10% FBS dans le tube. Encore une fois, pesez 4,5 milligrammes d’alginate et 1,5 milligrammes de gélatine et transférez-les dans un tube à centrifuger. Ajoutez ensuite 50 microlitres de graphène 0,1% dans le tube et faites le volume 50 millilitres avec un milieu DMEM F12 contenant 10% FBS.Mélanger les bio-encres par pipetage et vortex avant l’autoclavage à 121 degrés Celsius sous 1,5. pression atmosphérique pendant 20 minutes. Après l’autoclavage, centrifuger la solution pour éliminer les bulles formées et placer les bio-encres à 37 degrés Celsius jusqu’à ce que les cellules soient préparées.Pour l’interaction de bioencre cellulaire, créez les groupes de bioencres. Le premier groupe comprend les impressions 3D-B et 3D-G avec de la bio-encre pour la bio-impression. Le deuxième groupe comprend les bio-encres 3D-BS et 3D-GS sur lesquelles des sphéroïdes ont été formés après la bio-impression.Pour le premier groupe, comptez les cellules à une par 10 à la septième cellule dans 0,5 millilitre de milieu. Ajoutez ensuite 4,5 millilitres de bio-encre. Transférer le mélange dans les cartouches dans l’armoire stérile à l’aide de seringues.Installez les cartouches dans la section extrudeuse correspondante de la bio-imprimante. Pour le deuxième groupe, prenez cinq millilitres de bio-encre de chacun des groupes de bio-encre et transférez-les dans des cartouches stériles à l’aide d’un injecteur. Utilisez la bio-imprimante avec deux têtes d’impression coaxiales et la technologie d’extrusion pneumatique.Définissez la résolution XYZ par micro-pas à 1,25 micromètre, la largeur d’extrusion à 400 micromètres et la hauteur d’extrusion à 200 micromètres. Utilisez une grille de 20 x 20 x 5 millimètres pour créer des modèles 3D. Créez des modèles 3D à l’aide de programmes de CAO Web open source.Pour le processus de bio-impression 3D, réglez la pression moyenne de l’imprimante à 7,5 psi. Réglez ensuite la température de la cartouche et du lit à 37 degrés Celsius et la vitesse à 60 % Placez le système en position d’origine pendant la phase d’écriture. Positionnez automatiquement les axes et sélectionnez et réglez l’extrudeuse avant de commencer le processus de bio-impression.Après l’impression, retirez l’échantillon et placez-le sous une armoire à flux laminaire. Ensuite, vaporisez les bio-encres avec 0,1 solution normale de chlorure de calcium ou ajoutez une solution d’un millilitre avec une pipette à température ambiante et attendez 10 à 20 secondes. Ensuite, lavez les motifs imprimés deux fois avec du PBS contenant du calcium et du magnésium.Ajouter deux millilitres de milieu DMEM F12 avec 10% FBS sur le dessus de chaque cellule contenant le groupe bio-encre et incuber les plaques à 37 degrés Celsius avec 5% de dioxyde de carbone pendant 30 minutes. Ensuite, ajoutez deux millilitres de milieu de suspension contenant un par 10 aux sixièmes cellules à chaque groupe et incuber les plaques. Après 24 heures, observer et photographier tous les lots de bio-encre pour la formation de sphéroïdes au microscope inversé pour la différenciation des CMJME en cellules de type neurone, à l’exception du groupe témoin.Ajouter deux millilitres de milieu de différenciation neurogène par puits et rafraîchir tous les deux jours. Suivre pendant sept jours pour observer la différenciation neuronale. Ensuite, à l’aide de l’imagerie timelapse, examinez les effets du graphène sur les cellules souches et surveillez les interactions cellulaires au sein de la bio-encre.L’effet de la concentration de graphène sur la prolifération cellulaire est démontré ici. Par rapport au témoin, une diminution significative a été observée pour la concentration de graphène à 0,001%. Il n’y avait pas de différences significatives entre les autres groupes et le groupe témoin.Les interactions cellulaires avec le graphène ont montré que le graphène était toléré dans le système 2D et était prélevé par les cellules par endocytose. L’imagerie timelapse a montré que les cellules qui ont survécu dans le milieu de graphène 3D ont maintenu leur vitalité grâce à la luminosité GFP jusqu’à la fin de l’incubation. Les images MEB et l’analyse FIIR des groupes de bioencres 3D-B et 3D-G sont présentées ici.Les interactions des cellules Bioink ont été démontrées à la fois en surface et en interne. Les cellules étaient morphologiquement rondes et attachées au matériau. Dans la différenciation neuronale 3D, il a été considéré que les frontières des cellules sphéroïdes dans les deux groupes étaient transparentes et vivantes, et les sphéroïdes dans le groupe graphène étaient relativement plus grandes et piégeaient le graphène à l’intérieur de la cellule.L’immunomarquage des cellules 2D et 3D est illustré ici. Les images vertes représentent des structures semblables à des neurones. L’échantillon de contrôle positif 2D exprimait moins de marqueurs de structure de type neurone que les échantillons 3D.Nous avons découvert que les bio-encres à base de graphène avaient plus de succès en termes de différenciation des cellules souches en cellules de type neurone. Nous proposons que les bio-encres à base de graphène soient d’excellents outils pour le traitement des troubles des nerfs périphériques dans d’autres études. Aujourd’hui, le système de cellules souches peut être créé par ingénierie tissulaire avec des biomatériaux naturels et synthétiques La création de tissus artificiels qui peuvent remplacer les tissus vivants qui peuvent être utilisés dans la régénération de ces tissus, l’élimination des dommages et la fourniture d’une fonction est fournie par l’ingénierie tissulaire.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

3D Hydrogel Scaffolds for Articular Chondrocyte Culture and Cartilage Generation

3D hydrogel échafaudages pour articulaire chondrocytes Culture and Cartilage Generation

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

Recherche

Bio-ingénierie

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

Construction de feuilles d&#39;hydrogel modulaire pour micropatterned macro-échelle 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 cellularisées Constructs Utilisation d&#39;un spécifique de tissu 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 du Cartilage et peau tissus analogues utilisant un roman passif unité Technique de mélange pour 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

Monolithes de Microhoneycomb préparés par la lyophilisation unidirectionnel de nanofibres Cellulose basé Sols : méthode et Extensions

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 imprimés Cellulose poreuse Nanocomposite Hydrogel échafaudages

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

Bioink extracellulaire de matrice de tissu pancréatique-dérivé pour l'impression 3D Cell-Laden Pancréatique Tissue Constructs

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

Protocoles de bioimpression 3D de Gelatin Methacryloyl Hydrogel 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

Utilisation de Bioink Hydrogel multicouches dans la bioimpression tridimensionnelle pour la distribution homogène des cellules

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 

Caractérisation quantitative des propriétés de bio-encre photosensible liquide pour l’impression numérique continue basée sur le traitement de la lumière

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