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

Графен, используемый в этом исследовании, был разработан в Университете Киркларели, на факультете машиностроения. Он был подарен доктором Карабейоглу. Испытание на токсичность графена финансировалось в рамках проекта под названием «Печать и дифференцировка мезенхимальных стволовых клеток на 3D-биопринтерах с помощью биочернил, легированных графеном» (No заявки: 1139B411802273), завершенного в рамках программы поддержки дипломных работ TÜBİTAK 2209-B-Industry-Oriented для студентов. Другая часть исследования была поддержана исследовательским фондом, предоставленным научно-исследовательскими проектами Технического университета Йылдыз (TSA-2021-4713). Мезенхимальные стволовые клетки с GFP, используемые на этапе покадровой визуализации, были безвозмездно предоставлены компанией Virostem Biotechnology. Авторы благодарят Darıcı LAB и команду YTU The Cell Culture and Tissue Engineering LAB за продуктивные обсуждения.

1. Культивирование мезенхимальных стволовых клеток желе Уортона
<ol><li>Достаньте желеобразные мезенхимальные стволовые клетки Wharton (WJ-MSCs, от ATCC) из морозильной камеры с температурой -80 °C. Культивирование WJ-МСК в среде DMEM-F12, содержащей 10% эмбриональной телячьей сыворотки (FBS), 1% Pen-?...

<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>

Преимущества лечения, применяемого с помощью инженерных 3D-каркасов, по сравнению с традиционными 2D-методами становятся все более заметными с каждым днем. Стволовые клетки, используемые отдельно в этих методах лечения или вместе со скаффолдами, полученными из различных биоматериалов с...

Нервная система, которая является механизмом, соединяющим внутреннюю структуру организма и окружающей среды, делится на две части: центральную и периферическую нервные системы. Повреждение периферических нервов является глобальной проблемой, которая составляет 1,5-5% пациентов, поступающих в отделение неотложной помощи, и развивается из-за различных травм, что приводит к значительной потере работы 1,2,3.
Сегодня клеточные подходы к периферической нейроинженерии представляют большой интерес. Стволовые клетки занимают первое место среди клеток, используемых в этих подходах. В нормальных условиях стволовые клетки являются регенеративными клетками организма, и их количество и функции не уменьшаются со временем, чтобы защитить их популяции; Эти клетки являются специализированными, но могут дифференцироваться при соответствующей стимуляции в ответ на повреждение 4,5. Согласно гипотезе стволовых клеток, система стволовых клеток находится под влиянием своего микроокружения, называемого нишей стволовых клеток. Сохранение и дифференцировка стволовых клеток невозможны без присутствия их микроокружения6, которое может быть восстановлено с помощью тканевой инженерии с использованием клеток и скаффолдов7. Тканевая инженерия — это междисциплинарная область, которая включает в себя как инженерные, так и биологические принципы. Тканевая инженерия предоставляет инструменты для создания искусственных тканей, которые могут заменить живые ткани и могут быть использованы для регенерации этих тканей путем удаления поврежденных тканей и обеспечения функциональных тканей8. Тканевые каркасы, один из трех краеугольных камней тканевой инженерии, производятся с использованием различных методов из натуральных и синтетических материалов9. Трехмерная (3D) печать — это новая технология аддитивного производства, которая широко используется для замены или восстановления дефектных тканей с помощью простого, но универсального производства сложных форм с использованием различных методов. Биопечать — это метод аддитивного производства, который обеспечивает сосуществование клеток и биоматериалов, называемых биочернилами10. Рассматривая взаимодействие нервных клеток друг с другом, исследования перешли к проводящим биоматериалам-кандидатам, таким как графен. Графеновые нанопластины, обладающие такими свойствами, как гибкая электроника, суперконденсаторы, батареи, оптика, электрохимические датчики и накопители энергии, являются предпочтительным биоматериалом в области тканевой инженерии11. Графен использовался в исследованиях, где проводилась пролиферация и регенерация поврежденных тканей и органов12,13.
Тканевая инженерия состоит из трех основных строительных блоков: каркаса, клеток и молекул биосигнала. Существуют недостатки в исследованиях повреждения периферических нервов с точки зрения полного обеспечения этих трех структур. В биоматериалах, производимых и используемых в исследованиях, были обнаружены различные проблемы, такие как те, которые содержат только стволовые клетки или биосигнальные молекулы, отсутствие биологически активной молекулы, которая позволила бы дифференцировать стволовые клетки, отсутствие биосовместимости используемого биоматериала и низкое влияние на пролиферацию клеток в тканевой нише, и, таким образом, нервная проводимость не полностью реализована 2,13,14,15,16. Это требует оптимизации регенерации нервов, уменьшения мышечной атрофии 17,18 и создания необходимого самонаведения19 с факторами роста против таких проблем. На этом этапе очень важны характеристика и анализ нейроактивности прототипа хирургического биоматериала, который должен быть передан в клинику.
Соответственно, в этом исследовании исследуется паттерн биочернил гидрогеля с графеновыми нанопластинами, сформированными 3D-биопринтером, и его эффективность в отношении нейрогенной дифференцировки стволовых клеток, которые он содержит. Также исследуется влияние графена на формирование и дифференцировку нейросферы.

<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

Периферические невропатии могут возникать в результате повреждения аксонов, а иногда и из-за демиелинизирующих заболеваний. Повреждение периферических нервов является глобальной проблемой, которая возникает у 1,5-5% пациентов неотложной помощи и может привести к значительным потерям работы. Сегодня подходы, основанные на тканевой инженерии, состоящие из каркасов, соответствующих клеточных линий и биосигналов, стали более применимыми с развитием технологий трехмерной (3D) биопечати. Комбинация различных гидрогелевых биоматериалов со стволовыми клетками, экзосомами или биосигнальными молекулами часто изучается для преодоления существующих проблем в регенерации периферических нервов. Соответственно, производство инъекционных систем, таких как гидрогели, или имплантируемых кондуитных структур, образованных различными методами биопечати, приобрело важное значение в периферической нейроинженерии. В нормальных условиях стволовые клетки являются регенеративными клетками организма, и их количество и функции не уменьшаются со временем, чтобы защитить их популяции; Они не являются специализированными клетками, но могут дифференцироваться при соответствующей стимуляции в ответ на травму. Система стволовых клеток находится под влиянием своего микроокружения, называемого нишей стволовых клеток. При повреждениях периферических нервов, особенно при невротмезисе, это микроокружение не может быть полностью спасено даже после хирургического связывания разорванных нервных окончаний вместе. Композитные биоматериалы и комбинированная клеточная терапия повышают функциональность и применимость материалов с точки зрения различных свойств, таких как биоразлагаемость, биосовместимость и технологичность. Соответственно, это исследование направлено на демонстрацию приготовления и использования биогибридного гидрогеля на основе графена и изучение эффективности дифференцировки стволовых клеток в нервные клетки, что может быть эффективным решением в регенерации нервов.

Токсичность графена и 2D-визуализация Статистический анализ полученных результатов МТТ проводился с помощью одностороннего ANOVA с тестом Тьюки в программном обеспечении статистического анализа, а полученный график показан на рисунке 2. Процентное содержание ...

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

В этой рукописи мы демонстрируем получение биогибридных гидрогелевых биочернил, содержащих графен, для использования в инженерии периферических тканей. С помощью этого 3D-биогибридного материала выполняется протокол нейронной дифференцировки стволовых клеток. Это может стать важным шагом в привлечении подобных биоматериалов в клинику.

Получение и характеристика 3D-биогибридных гидрогелевых биочернил на основе графена для периферической нейроинженерии

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

Система стволовых клеток находится под влиянием своих важных компонентов. Сохранение и дифференцировка стволовых клеток немыслимы без наличия их микроокружения. Это микроокружение, называемое нишей стволовых клеток, состоит из клеток и каркасов.Периферическая невропатия может быть, а иногда и может быть, например, травма плечевого сплетения, различные травмы, опухоли, вегетативные аномалии, иммунное определение и метаболические заболевания. Были разработаны различные методы 3D-культивирования, чтобы обеспечить лучшую и более естественную нишу для стволовых клеток. Формирование сфероидов и 3D-биопечать являются относительно новыми и перспективными методами для 3D-культур.3D-биопечать также может быть использована в нейроинженерных исследованиях. Следовательно, в рамках этого исследования были разработаны и изучены биочернила на основе графена и альгината / желатина на предмет их регенеративных свойств. Для начала культивируйте желейные мезенхимальные стволовые клетки Wharton или WJMSC в среде DMEM F12, содержащей 10% эмбриональной телячьей сыворотки или FBS, 1% перьевой / стрептококковой и 1% L-глютамина под стерильным ламинарным потоком при комнатной температуре.Когда культивируемые клетки на 80% растворятся в колбе, налейте среду и промойте клетки пятью миллилитрами PBS. Затем добавьте пять миллилитров 0,25% трипсина и 2,21 миллимоляра натрия ЭДТА и инкубируйте при 37 градусах Цельсия. Через пять минут добавьте в ячейки 10 миллилитров среды DMEM F12, содержащей 10% FBS.Суспендируйте клетки, соберите среду и перенесите ее в центрифужную пробирку. Затем центрифугируют клетки и выбрасывают надосадочную жидкость перед повторным посевом клеток в новую колбу со свежей питательной средой, содержащей 10% FBS. Чтобы приготовить биочернила контрольной группы без графена, взвесьте 4,5 миллиграмма альгината и 1,5 миллиграмма желатина и перенесите их в центрифужную пробирку.Затем добавьте в пробирку 50 миллилитров среды DMEM F12, содержащей 10% FBS. Снова взвесьте 4,5 миллиграмма альгината и 1,5 миллиграмма желатина и перенесите их в центрифужную пробирку. Затем добавьте 50 микролитров 0,1% графена в пробирку и сделайте объем 50 миллилитров со средой DMEM F12, содержащей 10% FBS.Смешайте биочернила пипеткой и вихревом перед автоклавированием при температуре 121 градус Цельсия при температуре 1,5. атмосферное давление в течение 20 минут. После автоклавирования центрифугируйте раствор, чтобы удалить образовавшиеся пузырьки, и поместите биочернила при температуре 37 градусов Цельсия до тех пор, пока клетки не будут подготовлены.Для взаимодействия клеточных биочернил создайте группы биочернил. Первая группа включает 3D-B и 3D-G, напечатанные биочернилами для биопечати. Вторая группа включает биочернила 3D-BS и 3D-GS, на которых после биопечати образовались сфероиды.Для первой группы посчитайте ячейки от 10 до седьмой клетки в 0,5 миллилитра среды. Затем добавьте 4,5 миллилитра биочернил. Переложите смесь в картриджи в стерильном шкафу с помощью шприцев.Установите картриджи в соответствующую секцию экструдера биопринтера. Для второй группы возьмите по пять миллилитров биочернил из каждой из групп биочернил и перенесите их в стерильные картриджи с помощью инжектора. Используйте биопринтер с двумя коаксиальными печатающими головками и технологией экструзии с пневматическим приводом.Установите разрешение XYZ на микрошаг на 1.25 микрометра, ширину экструзии на 400 микрометров и высоту экструзии на 200 микрометров. Используйте сетку 20 на 20 на 5 миллиметров для создания 3D-моделей. Создавайте 3D-модели с помощью веб-программ САПР с открытым исходным кодом.Для процесса 3D-биопечати установите среднее давление принтера на 7,5 фунтов на квадратный дюйм. Затем установите температуру картриджа и станины на 37 градусов по Цельсию и скорость на 60%Переведите систему в исходное положение на этапе записи. Автоматически расположите оси, выберите и настройте экструдер перед началом процесса биопечати.После печати извлеките образец и поместите его под ламинарный шкаф. Затем распылите биочернила 0,1 обычного раствора хлорида кальция или добавьте один миллилитр раствора пипеткой комнатной температуры и подождите от 10 до 20 секунд. Затем дважды промойте напечатанные узоры PBS, содержащим кальций и магний.Добавьте два миллилитра среды DMEM F12 с 10% FBS поверх каждой ячейки, содержащей группу биочернил, и инкубируйте пластины при температуре 37 градусов Цельсия с 5% углекислого газа в течение 30 минут. Далее добавляют два миллилитра суспензионной среды, содержащей один на 10, к шестым клеткам в каждую группу и инкубируют пластинки. Через 24 часа наблюдайте и фотографируйте все партии биочернил для образования сфероидов под инвертированным микроскопом для дифференцировки WJMSC в нейроноподобные клетки, за исключением контрольной группы.Добавьте два миллилитра среды нейрогенной дифференцировки на лунку и обновляйте каждые два дня. Наблюдайте в течение семи дней, чтобы наблюдать за нейронной дифференциацией. Затем, используя покадровую съемку, изучите влияние графена на стволовые клетки и отслеживайте клеточные взаимодействия в биочернилах.Показано влияние концентрации графена на пролиферацию клеток. По сравнению с контролем значительное снижение наблюдалось для концентрации графена 0,001%. Существенных различий между другими группами и контролем не выявлено.Взаимодействие клеточного графена показало, что графен переносится в 2D-системе и поглощается клетками посредством эндоцитоза. Покадровая съемка показала, что клетки, которые выжили в среде 3D-графена, сохраняли свою жизнеспособность благодаря яркости GFP до конца инкубации. Здесь показаны изображения SEM и FIIR-анализ групп биочернил 3D-B и 3D-G.Взаимодействие клеток Bioink было продемонстрировано как на поверхности, так и внутри. Клетки были морфологически круглыми и прикреплялись к материалу. При 3D-дифференцировке нейронов считалось, что границы сфероидных клеток в обеих группах были прозрачными и живыми, а сфероиды в графеновой группе были относительно больше и улавливали графен внутри клетки.Показано иммуноокрашивание 2D и 3D клеток. Зеленые изображения представляют собой нейроноподобные структуры. 2D-положительный контрольный образец экспрессировал меньше нейроноподобных структурных маркеров, чем 3D-образцы.Мы обнаружили, что биочернила на основе графена были более успешными с точки зрения дифференцировки стволовых клеток в нейроноподобные клетки. Мы предполагаем, что биочернила на основе графена станут отличными инструментами для лечения заболеваний периферических нервов в дальнейших исследованиях. Сегодня система стволовых клеток может быть создана с помощью тканевой инженерии с натуральными и синтетическими биоматериалами Создание искусственных тканей, которые могут заменить живые ткани, которые могут быть использованы для регенерации этих тканей, устранения повреждений и обеспечения функции, обеспечивается тканевой инженерией.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

3D Hydrogel Scaffolds for Articular Chondrocyte Culture and Cartilage Generation

3D Гидрогель Строительные леса для суставной хондроцит культуры и хряща поколения

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

Строительство модульных гидрогеля листов для Micropatterned Макро-масштабного 3D Cellular архитектуры

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 Создаёт Использование Тканеспецифическая гидрогелевых 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

Подложке хряща и аналогов ткани кожи, используя Роман пассивного смешивания единицы техники для 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 монолиты, подготовленный однонаправленный для нановолокно целлюлозы на основе Sols: метод и расширений

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 печать пористых целлюлозы нанокомпозитных гидрогеля подмости

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

Поджелудочная ткань-производные внеклеточной матрицы Bioink для печати 3D-клетки-Ладена поджелудочной железы Конструкции Конструкции

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

Протоколы 3D биопечати желатина Methacryloyl Гидрогель на основе биоинков

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

Использование многослойного гидрогеля Bioink в трехмерной биопечати для однородного распределения клеток

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 

Количественная характеристика свойств жидких фоточувствительных биочернил для непрерывной цифровой обработки света

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