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

Grafénet som ble brukt i denne studien ble utviklet ved Kirklareli University, Institutt for maskinteknikk. Det ble donert av Dr. Karabeyoğlu. Grafentoksisitetstesten ble finansiert av prosjektet med tittelen "Utskrift og differensiering av mesenkymale stamceller på 3D-bioprintere med grafendopede bioblekk" (applikasjonsnr: 1139B411802273) fullført innenfor rammen av TÜBİTAK 2209-B-industriorientert bacheloroppgavestøtteprogram. Den andre delen av studien ble støttet av forskningsfondet fra Yildiz Technical University Scientific Research Projects (TSA-2021-4713). Mesenkymale stamceller med GFP brukt i time-lapse-bildestadiet ble donert av Virostem Biotechnology. Forfatterne takker Darıcı LAB og YTU The Cell Culture and Tissue Engineering LAB-teamet for produktive diskusjoner.

1. Dyrking av Whartons gelé mesenkymale stamceller
<ol><li>Ta Whartons gelé mesenkymale stamceller (WJ-MSCs, fra ATCC) ut av en -80 ° C fryser. Kultur WJ-MSC i DMEM-F12 medium inneholdende 10% føtal kalv serum (FBS), 1% Pen-Strep, og 1% L-glutamin i en steril laminær strømning ved romtemperatur, som beskrevet i Yurie et al.20.</li>
	<li>Kryokonreservere noen av cellene ved 1 x 106 celler/ml med frysemedium inneholdende 35% FBS, 55% DMEMF-12 og 10% dimetylsulfoks...

<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 med behandlinger påført med konstruerte 3D-stillaser i forhold til konvensjonelle 2D-metoder blir mer og mer merkbare hver dag. Stamceller som brukes alene i disse terapiene eller sammen med stillaser produsert fra forskjellige biomaterialer med lav biokompatibilitet og biologisk nedbrytbarhet, er vanligvis utilstrekkelige i perifer nerveregenerering. Whartons gelé mesenkymale stamceller (WJ-MSCs) ser ut til å være en egnet kandidatcellelinje, spesielt med tanke på optimalisering av protokollene for oppkj...

Nervesystemet, som er mekanismen som broer den indre strukturen til organismen og miljøet, er delt inn i to deler: det sentrale og perifere nervesystemet. Perifer nerveskade er et globalt problem som utgjør 1,5% -5% av pasientene som kommer til beredskapsavdelingen og utvikler seg på grunn av ulike traumer, noe som fører til betydelig jobbtap 1,2,3.
I dag er cellulære tilnærminger til perifer nevroteknikk av stor interesse. Stamceller kommer først blant cellene som brukes i disse tilnærmingene. Under normale forhold er stamceller kroppens regenerative celler, og deres antall og funksjoner reduseres ikke med tiden for å beskytte deres populasjoner; Disse cellene er spesialiserte, men kan differensiere ved passende stimulering som respons på skade 4,5. Ifølge stamcellehypotesen er stamcellesystemet under påvirkning av sitt mikromiljø, kalt stamcellenisjen. Bevaring og differensiering av stamceller er umulig uten tilstedeværelse av deres mikromiljø6, som kan rekonstitueres via vevsteknikk ved hjelp av celler og stillaser7. Tissue engineering er et tverrfaglig felt som inkluderer både engineering og biologi prinsipper. Tissue engineering gir verktøy for å lage kunstige vev som kan erstatte levende vev og kan brukes i regenerering av disse vevene ved å fjerne det skadede vevet og gi funksjonelle vev8. Vevsstillas, en av de tre hjørnesteinene i vevsteknikk, produseres ved hjelp av forskjellige metoder fra naturlige og syntetiske materialer9. Tredimensjonal (3D) utskrift er en fremvoksende additiv produksjonsteknologi som er mye brukt til å erstatte eller gjenopprette defekte vev via sin enkle, men allsidige produksjon av komplekse former ved hjelp av ulike metoder. Bioprinting er en additiv produksjonsmetode som muliggjør sameksistens av celler og biomaterialer, kalt bioblekk10. Tatt i betraktning samspillet mellom nerveceller med hverandre, har studier skiftet til ledende biomaterialkandidater som grafen. Grafen nanoplater, som har egenskaper som fleksibel elektronikk, superkondensatorer, batterier, optikk, elektrokjemiske sensorer og energilagring, er et foretrukket biomateriale innen vevsteknikk11. Grafen har blitt brukt i studier hvor spredning og regenerering av skadede vev og organer ble utført12,13.
Vevsteknikk består av tre grunnleggende byggesteiner: stillas, celler og biosignalmolekyler. Det er mangler i studiene på perifer nerveskade når det gjelder å gi disse tre strukturene helt. Ulike problemer har oppstått i biomaterialene som er produsert og brukt i studiene, for eksempel at de bare inneholder stamceller eller biosignalmolekyler, mangelen på et bioaktivt molekyl som vil muliggjøre stamcelledifferensiering, mangelen på biokompatibilitet av det biomaterialet som brukes, og den lave effekten på spredning av celler i vevnisjen, og dermed nerveledning ikke fullt ut realisert 2,13,14,15,16. Dette krever optimalisering av nerveregenerering, reduksjon av muskelatrofi 17,18, og skape nødvendig homing19 med vekstfaktorer mot slike problemer. På dette tidspunktet er karakterisering og analyse av nevroaktiviteten til en kirurgisk biomaterialprototype, som skal overføres til klinikken, svært viktig.
Følgelig undersøker denne metodestudien bioblekkhydrogelmønsteret med grafennanoplater dannet av en 3D-bioprinter og dens effektivitet på den neurogene differensieringen av stamcellene den inneholder. Også effekten av grafen på nevrosfæredannelse og differensiering undersøkes.

<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 nevropatier kan oppstå som følge av aksonal skade, og noen ganger på grunn av demyeliniserende sykdommer. Perifer nerveskade er et globalt problem som oppstår hos 1,5% -5% av akuttpasienter og kan føre til betydelig tap av jobb. I dag har vevsteknikkbaserte tilnærminger, bestående av stillas, passende cellelinjer og biosignaler, blitt mer anvendelige med utviklingen av tredimensjonale (3D) bioprintingsteknologier. Kombinasjonen av forskjellige hydrogelbiomaterialer med stamceller, eksosomer eller biosignalmolekyler studeres ofte for å overvinne de eksisterende problemene i perifer nerveregenerering. Følgelig har produksjonen av injiserbare systemer, for eksempel hydrogeler, eller implanterbare ledningsstrukturer dannet ved ulike bioprintingsmetoder, fått betydning i perifer nevroteknikk. Under normale forhold er stamceller kroppens regenerative celler, og deres antall og funksjoner reduseres ikke med tiden for å beskytte deres populasjoner; Disse er ikke spesialiserte celler, men kan differensiere ved passende stimulering som respons på skade. Stamcellesystemet er under påvirkning av sitt mikromiljø, kalt stamcellenisjen. I perifere nerveskader, spesielt i neurotmesis, kan dette mikromiljøet ikke reddes fullt ut selv etter kirurgisk binding av avskårne nerveender sammen. Den sammensatte biomaterial- og kombinerte cellulære terapitilnærmingen øker funksjonaliteten og anvendeligheten til materialer når det gjelder forskjellige egenskaper som biologisk nedbrytbarhet, biokompatibilitet og bearbeidbarhet. Følgelig har denne studien som mål å demonstrere fremstilling og bruk av grafenbasert biohybrid hydrogelmønster og å undersøke differensieringseffektiviteten av stamceller i nerveceller, noe som kan være en effektiv løsning i nerveregenerering.

Grafen toksisitet og 2D-bildebehandling Statistisk analyse av de oppnådde MTT-resultatene ble utført med en enveis ANOVA med Tukeys test i statistisk analyseprogramvare, og grafen som er oppnådd er vist i figur 2. Grafenprosenten sammenlignet med kontrollen viste en signifikant reduksjon bare for 0,001% grafenkonsentrasjonen (**p < 0,01).. Det var ingen signifikante forskjeller mellom de andre gruppene og kontrollgruppen (p > 0,05). Derfor ble den optimale grafenkonsen...

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 manuskriptet demonstrerer vi fremstillingen av et biohybrid hydrogelbioblekk som inneholder grafen til bruk i perifer vevsteknikk. Ved hjelp av dette 3D biohybridmaterialet utføres den nevrale differensieringsprotokollen for stamceller. Dette kan være et viktig skritt i å bringe lignende biomaterialer til klinikken.

Fremstilling og karakterisering av grafenbasert 3D biohybrid hydrogelbioblekk for perifer nevroteknologi

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 av dets viktige komponenter. Bevaring og differensiering av stamceller er utenkelig uten tilstedeværelse av deres mikromiljø. Dette mikromiljøet, kalt stamcellenisje, består av celle og stillas.Perifer nevropati kan være og noen ganger kan de som skade på brachii plexus, ulike traumer, svulst, autonome anomalier, immundefinisjon og metabolsk sykdom. Ulike 3D-dyrkingsmetoder er utviklet for å gi en bedre og mer naturlig nisje for stamcellene. Sfæroiddannelse og 3D-bioprinting er relativt nye og lovende metoder for 3D-kulturer.3D-bioprinting kan også brukes i nevroingeniørstudier. Følgelig ble grafenbaserte og alginat-/gelatinbaserte bioblekk utviklet og studert for deres regenerative egenskaper i denne studien. For å begynne, kultur Whartons gelé mesenkymale stamceller eller WJMSCs i DMEM F12 medium som inneholder 10% føtal kalv serum eller FBS, 1% penn / streptokokker, og 1% L-glutamin under en steril laminær strøm ved romtemperatur.Når de dyrkede cellene er 80% sammenflytende i kolben, hell mediet og vask cellene med fem milliliter PBS. Deretter tilsettes fem milliliter 0,25% trypsin og 2,21 millimolar natrium EDTA og inkuberes ved 37 grader Celsius. Etter fem minutter, tilsett 10 ml DMEM F12-medium som inneholder 10% FBS til cellene.Suspender cellene, samle mediet og overfør det til et sentrifugerør. Deretter sentrifugerer du cellene og kaster supernatanten før du såer cellene på nytt i en ny kolbe med et friskt næringsmedium som inneholder 10% FBS. For å forberede bioblekket til kontrollgruppen uten grafen, veier du 4,5 milligram alginat og 1,5 milligram gelatin og overfører dem til et sentrifugerør.Deretter tilsettes 50 ml DMEM F12 medium som inneholder 10% FBS til røret. Igjen, vei 4,5 milligram alginat og 1,5 milligram gelatin og overfør dem til et sentrifugerør. Deretter tilsettes 50 mikroliter 0,1% grafen til røret og gjør volumet 50 ml med DMEM F12-medium som inneholder 10% FBS.Bland bioblekket med pipettering og vortexing før autoklavering ved 121 grader Celsius under 1,5. atmosfærisk trykk i 20 minutter. Etter autoklavering, sentrifuge løsningen for å fjerne dannede bobler og plasser bioblekkene ved 37 grader Celsius til cellene er forberedt.For cellebioblekkinteraksjonen oppretter du bioblekkgruppene. Gruppe én inkluderer 3D-B og 3D-G trykt med bioblekk for bioprinting. Gruppe to inkluderer 3D-BS og 3D-GS bioblekk hvor sfæroider ble dannet etter bioprinting.For gruppe en, tell cellene til en med 10 til den syvende cellen i 0, 5 milliliter medium. Tilsett deretter 4,5 ml bioblekk. Overfør blandingen til sylinderampullene i det sterile skapet ved hjelp av sprøyter.Installer sylinderampullene i den tilsvarende ekstruderdelen av bioprinteren. For den andre gruppen, ta fem milliliter bioblekk fra hver av bioblekkgruppene og overfør dem til sterile patroner ved hjelp av en injektor. Bruk bioprinteren med to koaksiale skrivehoder og den pneumatiskdrevne ekstruderingsteknologien.Sett XYZ-oppløsningen per mikrotrinn til 1,25 mikrometer, ekstruderingsbredden til 400 mikrometer og ekstruderingshøyden til 200 mikrometer. Bruk et rutenett på 20 x 20 x 5 millimeter til å opprette 3D-modeller. Opprett 3D-modeller ved hjelp av nettbaserte CAD-programmer med åpen kildekode.For 3D-bioutskriftsprosessen setter du gjennomsnittstrykket til skriveren til 7,5 psi. Sett deretter kassetten og sengetemperaturen til 37 grader Celsius og hastighet til 60%Sett systemet i hjemmeposisjon under skrivefasen. Plasser aksene automatisk og velg og still inn ekstruderen før du starter bioutskriftsprosessen.Etter utskriften, fjern prøven og legg den under et laminært strømningskap. Spray deretter bioblekket med 0,1 normal kalsiumkloridoppløsning eller tilsett en milliliter løsning med en pipette ved romtemperatur og vent i 10 til 20 sekunder. Vask deretter de trykte mønstrene to ganger med PBS som inneholder kalsium og magnesium.Tilsett to milliliter DMEM F12 medium med 10% FBS på toppen av hver celle som inneholder bioblekkgruppe og inkuber platene ved 37 grader Celsius med 5% karbondioksid i 30 minutter. Deretter tilsettes to milliliter suspensjonsmedium som inneholder en til 10 til de sjette cellene til hver gruppe og inkuberer platene. Etter 24 timer, observer og fotografer alle partier bioblekk for sfæroiddannelse under et invertert mikroskop for WJMSCs differensiering til nevronlignende celler bortsett fra kontrollgruppen.Tilsett to milliliter nevrogent differensieringsmedium per brønn og oppdater annenhver dag. Følg i syv dager for å observere nevral differensiering. Deretter undersøker du effekten av grafen på stamceller ved hjelp av timelapse-avbildning og overvåker celleinteraksjoner i bioblekket.Effekten av grafenkonsentrasjon på celleproliferasjon er demonstrert her. Sammenlignet med kontrollen ble det observert signifikant reduksjon for 0,001 % grafenkonsentrasjon. Det var ingen signifikante forskjeller mellom de andre gruppene og kontrollgruppen.Cellegrafeninteraksjonene viste at grafén ble tolerert i 2D-systemet og ble tatt av cellene gjennom endocytose. Timelapse-avbildning viste at celler som overlevde i 3D-grafenmediet opprettholdt sine vitaliteter gjennom GFP-lysstyrke til slutten av inkubasjonen. SEM-bilder og FIIR-analyse av 3D-B og 3D-G bioblekkgruppene er vist her.Bioblekkcelleinteraksjoner ble demonstrert både på overflaten og internt. Cellene var morfologisk runde og festet til materialet. I 3D-neuronal differensiering ble det ansett at grensene til sfæroidcellene i begge gruppene var gjennomsiktige og livlige, og sfæroidene i grafengruppen var relativt større og fanget grafen inne i cellen.Immunfarging av 2D- og 3D-celler er vist her. De grønne bildene representerer nevronlignende strukturer. Den 2D-positive kontrollprøven uttrykte færre nevronlignende strukturmarkører enn 3D-prøvene.Vi oppdaget at grafenbaserte bioblekk var mer vellykkede når det gjelder differensiering av stamceller i nevronlignende celler. Vi foreslår at grafenbaserte bioblekk vil være gode verktøy for behandling av perifere nervesykdommer i videre studier. I dag kan stamcellesystemet opprettes ved vevsteknikk med naturlige og syntetiske biomaterialer Opprettelsen av kunstige vev som kan erstatte levende vev som kan brukes i regenerering av disse vevene, fjerne skaden og gi funksjon er gitt av vevsteknikk.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

3D Hydrogel Scaffolds for Articular Chondrocyte Culture and Cartilage Generation

3D Hydrogel Stillas for Ledd chondrocyttransplantasjon 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

Bygging av Modular Hydrogel blad for Micropatterned Macro-skalert 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 hjelp av en Tissue-spesifikke 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 brusk og huden vev Analogs utnytte en roman passiv miksing enhet teknikk 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 Monoliths utarbeidet av den enveis Frysetørring av Cellulose Nanofiber basert Sols: metoden og utvidelser

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 stillaser

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

Bukspyttkjertelen tissue-avledet ekstracellulære Matrix Bioink for utskrift 3D Cell-Laden bukspyttkjertelen vev konstruksjoner

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 av 3D Bioprinting av gelatin Methacryloyl hydrogel basert 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

Bruke flerlags hydrogel bioink i tredimensjonal biotrykking for 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 av flytende lysfølsomme bioblekkegenskaper for kontinuerlig digital lysbehandlingsbasert utskrift

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