Name: interlinked macroporous 3d scaffolds from microgel rods
Uploaded: 2022-06-16T13:30:00
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Wir danken den Koautoren unserer früheren Arbeit, auf der diese Methodik basiert, Céline Bastard, Luis P. B. Guerzoni, Yonca Kittel, Rostislav Vinokur, Nikolai Born und Tamás Haraszti. Wir danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die Förderung im Rahmen der Projekte B5 und C3 SFB 985 "Funktionelle Mikrogele und Mikrogelsysteme". Wir erkennen die Förderung durch den Wettbewerbsausschuss der Leibniz-Senatsverwaltung (SAW) im Rahmen des Professorinnenprogramms (SAW-2017-PB62: BioMat) an. Wir bedanken uns herzlich für die Finanzierung durch die Europäische Kommission (EUSMI, 731019). Diese Arbeiten wurden unter anderem am Center for Chemical Polymer Technology (CPT) durchgeführt, das von der EU und dem Land Nordrhein-Westfalen gefördert wurde (Förderung EFRE 30 00 883 02).

1. Benötigtes Material und Präparate für die Mikrofluidik
<ol><li>Für das beschriebene mikrofluidische Verfahren verwenden Sie 1 mL und 5 mL Glasspritzen und Spritzenpumpen. Die On-Chip-Tröpfchenbildung wird über ein inverses Mikroskop beobachtet, das mit einer Hochgeschwindigkeitskamera ausgestattet ist.</li>
	<li>Erstellen Sie das mikrofluidische Chipdesign (Abbildung 1B) unter Verwendung einer computergestützten Designsoftware und erstellen Sie eine Mastervorlage...

<ol>
	<li>Daly, A. C., Riley, L., Segura, T., Burdick, 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=Hydrogel+microparticles+for+biomedical+applications.">Hydrogel microparticles for biomedical applications.</a> Nature Reviews Materials. 5 (1), 20-43 (2020).</li><li>Griffin, D. R., Weaver, W. M., Scumpia, P. O., Di Carlo, D., Segura, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Accelerated+wound+healing+by+injectable+microporous+gel+scaffolds+assembled+from+annealed+building+blocks.">Accelerated wound healing by injectable microporous gel scaffolds assembled from annealed building blocks.</a> Nature Materials. 14 (7), 737-744 (2015).</li><li>Xin, S., Wyman, O. M., Alge, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assembly+of+PEG+microgels+into+porous+cell-instructive+3D+scaffolds+via+thiol-ene+click+chemistry.">Assembly of PEG microgels into porous cell-instructive 3D scaffolds via thiol-ene click chemistry.</a> Advanced Healthcare Materials. 7 (11), 1800160 (2018).</li><li>Truong, N. F., 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=Microporous+annealed+particle+hydrogel+stiffness,+void+space+size,+and+adhesion+properties+impact+cell+proliferation,+cell+spreading,+and+gene+transfer.">Microporous annealed particle hydrogel stiffness, void space size, and adhesion properties impact cell proliferation, cell spreading, and gene transfer.</a> Acta Biomaterialia. 94, 160-172 (2019).</li><li>Sheikhi, 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=Microfluidic-enabled+bottom-up+hydrogels+from+annealable+naturally-derived+protein+microbeads.">Microfluidic-enabled bottom-up hydrogels from annealable naturally-derived protein microbeads.</a> Biomaterials. 192, 560-568 (2019).</li><li>de Rutte, J. M., Koh, J., Di Carlo, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scalable+high-throughput+production+of+modular+microgels+for+in+situ+assembly+of+microporous+tissue+scaffolds.">Scalable high-throughput production of modular microgels for in situ assembly of microporous tissue scaffolds.</a> Advanced Functional Materials. 29 (25), 1900071 (2019).</li><li>Hsu, R. -. 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=Adaptable+microporous+hydrogels+of+propagating+NGF-gradient+by+injectable+building+blocks+for+accelerated+axonal+outgrowth.">Adaptable microporous hydrogels of propagating NGF-gradient by injectable building blocks for accelerated axonal outgrowth.</a> Advanced Science. 6 (16), 1900520 (2019).</li><li>Caldwell, A. S., Campbell, G. T., Shekiro, K. M. T., Anseth, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Clickable+microgel+scaffolds+as+platforms+for+3D+cell+encapsulation.">Clickable microgel scaffolds as platforms for 3D cell encapsulation.</a> Advanced Healthcare Materials. 6 (15), 1700254 (2017).</li><li>Chen, Z., 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=Advanced+microfluidic+devices+for+fabricating+multi-structural+hydrogel+microsphere.">Advanced microfluidic devices for fabricating multi-structural hydrogel microsphere.</a> Exploration. 1 (3), 20210036 (2021).</li><li>Qazi, T. 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=Anisotropic+rod-shaped+particles+influence+injectable+granular+hydrogel+properties+and+cell+invasion.">Anisotropic rod-shaped particles influence injectable granular hydrogel properties and cell invasion.</a> Advanced Materials. 34 (12), 2109194 (2022).</li><li>Rommel, D., 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=Functionalized+microgel+rods+interlinked+into+soft+macroporous+structures+for+3D+cell+culture.">Functionalized microgel rods interlinked into soft macroporous structures for 3D cell culture.</a> Advanced Science. 9 (10), 2103554 (2022).</li><li>Guerzoni, L. P. 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=Cell+encapsulation+in+soft,+anisometric+poly(ethylene)+glycol+microgels+using+a+novel+radical-free+microfluidic+system.">Cell encapsulation in soft, anisometric poly(ethylene) glycol microgels using a novel radical-free microfluidic system.</a> Small. 15 (20), 1900692 (2019).</li><li>Kr&#252;ger, A. J. D., 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=Compartmentalized+jet+polymerization+as+a+high-resolution+process+to+continuously+produce+anisometric+microgel+rods+with+adjustable+size+and+stiffness.">Compartmentalized jet polymerization as a high-resolution process to continuously produce anisometric microgel rods with adjustable size and stiffness.</a> Advanced Materials. 31 (49), 1903668 (2019).</li><li>Darling, N. 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=Click+by+click+microporous+annealed+particle+(MAP)+scaffolds.">Click by click microporous annealed particle (MAP) scaffolds.</a> Advanced Healthcare Materials. 9 (10), 1901391 (2020).</li><li>Lutzweiler, G., Ndreu Halili, ., Engin Vrana, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+overview+of+porous,+bioactive+scaffolds+as+instructive+biomaterials+for+tissue+regeneration+and+their+clinical+translation.">The overview of porous, bioactive scaffolds as instructive biomaterials for tissue regeneration and their clinical translation.</a> Pharmaceutics. 12 (7), 602 (2020).</li><li>Dang, 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=3D+printed+dual+macro-,+microscale+porous+network+as+a+tissue+engineering+scaffold+with+drug+delivering+function.">3D printed dual macro-, microscale porous network as a tissue engineering scaffold with drug delivering function.</a> Biofabrication. 11 (3), 035014 (2019).</li><li>Highley, C. B., Song, K. H., Daly, A. C., Burdick, 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=Jammed+microgel+inks+for+3D+printing+applications.">Jammed microgel inks for 3D printing applications.</a> Advanced Science. 6 (1), 1801076 (2019).</li></ol>

Einer der kritischen Schritte in diesem Protokoll ist die Qualität des 2-Aminoethylmethacrylats (AMA), das als Comonomer für die primäre Aminfunktionalisierung verwendet wird. Das AMA sollte ein feinkörniges und vorzugsweise farbloses Pulver sein, das in einem gasdichten Braunglasbehälter geliefert wird. Man sollte die Verwendung von grünlichem und klumpigem Material vermeiden, da es die Gelierungsreaktion erheblich beeinträchtigt und die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse negativ beeinflusst. Bei schlechter Gelier...

Um komplexes kooperatives Zellverhalten in 3D-Konstrukten zu untersuchen, müssen Gerüstplattformen eine konsistente Leistung in der Reproduzierbarkeit aufweisen, eine geeignete Geometrie für die Zellmigration aufweisen und gleichzeitig eine gewisse Flexibilität in Bezug auf die Parameteränderung zulassen, um ihren Einfluss auf das lebende Gewebe zu untersuchen1. In den letzten Jahren hat sich das Konzept der makroporösen geglühten Partikel (MAP), das erstmals von Segura et al. beschrieben wurde, zu einer effizienten und vielseitigen Plattform für die 3D-Gerüstherstellung entwickelt2. Die maßgeschneiderte Zusammensetzung der Mikrogele, die die Bausteine des endgültigen 3D-Gerüsts sind, definiert Eigenschaften wie die Steifigkeit des Konstrukts, die selektive chemische Reaktivität des Gelnetzwerks und die endgültige Porengröße des Gerüsts 2,3,4,5,6 vor. Zelladhäsive Peptide als Hinweise für Gerüst-Zell-Interaktionen werden in das Polymernetzwerk der Mikrogele eingebaut, um die Zellbindung zu ermöglichen, und können variiert werden, um ihre spezifischen Auswirkungen auf Zellen in Kultur zu untersuchen. Die 3D-Gerüste werden durch Verkettung der geglühten injizierbaren Mikrogele durch kovalente oder supramolekulare Bindungen stabilisiert, was zu robusten und definierten Konstrukten für die Zellkultur 2,3,5,7,8 führt.
Die Mikrofluidik hat sich als eine der genauesten und anpassungsfähigsten Methoden zur Herstellung definierter granularer Hydrogele etabliert9. Die Möglichkeit, größere Mengen der benötigten Bausteine in einem kontinuierlichen Prozess unter Beibehaltung ihrer chemischen, mechanischen und physikalischen Monodispersität herzustellen, trägt wesentlich zur Eignung dieses Verfahrens bei. Darüber hinaus kann die Größe und Form der hergestellten Mikrogele durch verschiedene Verfahren wie Chargenemulsionen, Mikrofluidik, Lithographie, elektrodynamisches Spritzen oder mechanische Fragmentierung manipuliert werden, die die Geometrie der Bausteine und damit die 3D-Struktur des endgültigen Gerüstsbestimmen 1,10.
Kürzlich wurde über das Konzept makroporöser 3D-Gerüste berichtet, die aus funktionalisierten Mikrogelstäbchen bestehen, die sich schnell in wässrigen Lösungen ohne weitere Zusätze vernetzen11. Die Anisotropie von Mikrogelstäbchen führte zu höheren Porositäten und Porenverteilungen mit größeren Porengrößen im Vergleich zur Verwendung kugelförmiger Mikrogele in dieser Studie11. Auf diese Weise erzeugt weniger Material größere Poren mit einer Vielzahl unterschiedlicher Porengeometrien, während die Stabilität des 3D-Gerüsts erhalten bleibt. Das System besteht aus zwei Arten von Mikrogelstäbchen mit komplementären funktionellen primären Amin- und Epoxidgruppen, die innerhalb der Verkettungsreaktion verbraucht werden, wenn sie miteinander in Kontakt kommen. Die funktionellen Gruppen, die nicht am Verkettungsprozess beteiligt sind, bleiben aktiv und können für die selektive Nachmodifikation mit zelladhäsiven Peptiden oder anderen bioaktiven Faktoren verwendet werden. Fibroblastenzellen heften, verbreiten und vermehren sich, wenn sie in den 3D-Gerüsten kultiviert werden, wachsen zuerst auf der Mikrogeloberfläche und füllen die meisten Makroporen nach 5 Tagen. Eine vorläufige Kokulturstudie an humanen Fibroblasten und humanen Nabelvenendothelzellen (HUVECs) zeigte vielversprechende Ergebnisse für die Bildung gefäßartiger Strukturen innerhalb der miteinander verbundenen 3D-Gerüste11.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>ABIL EM 90</td>
			<td>Evonik</td>
			<td>144243-53-8</td>
			<td>non-ionic surfactant</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-Aminoethyl methacrylate hydrochloride</td>
			<td>TCI Chemicals</td>
			<td>A3413</td>
			<td>&#62;98.0%(T)(HPLC)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>8-Arm PEG-acrylate 20 kDa</td>
			<td>Biochempeg Scientific Inc.</td>
			<td>A88009-20K</td>
			<td>&#8805; 95 %</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AutoCAD 2019</td>
			<td>Autodesk</td>
			<td></td>
			<td>computer-aided design (CAD) software; modeling of microfluidic designs</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CHROMAFIL MV A-20/25 syringe filter</td>
			<td><s>CHROMAFIL</s>Carl Roth GmbH+Co.KG</td>
			<td>XH49.1</td>
			<td>pore size 0.20 &#181;m; Cellulose Mixed Esters (MV)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cover glass</td>
			<td>Marienfeld-Superior</td>
			<td></td>
			<td>type No. 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EMS Swiss line core sampling tool 0.75 mm</td>
			<td>Electron Microscopy Sciences</td>
			<td></td>
			<td>0.77 mm inner diameter, 1.07 mm outer diameter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol absolut</td>
			<td>VWR Chemicals</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FL3-U3-13Y3M 150 FPS series high-speed camera</td>
			<td>FLIR Systems</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluoresceinamine isomer I</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>201626</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluorescein isothiocyanate</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>46424</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>25G x 5/8&#8217;&#8217; 0,50 x 16 mm needles</td>
			<td>BD Microlance 3</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glycidyl methacrylate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>779342</td>
			<td>&#8805;97.0% (GC)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GRGDS-PC</td>
			<td>CPC Scientific</td>
			<td>FIBN-015A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hamilton 1000 Series Gastight syringes</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>10772361/10500052</td>
			<td>PFTE Luer-Lock</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hexane</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>1,04,367</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>900889</td>
			<td>&#8805;95 %</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Motic AE2000 trinocular microscope</td>
			<td>Ted Pella, Inc.</td>
			<td>22443-12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Novec 7100</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>SHH0002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oil Red O</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>O9755</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paraffin</td>
			<td>VWR Chemicals</td>
			<td>24679320</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pavone Nanoindenter Platform</td>
			<td>Optics11Life</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate buffered saline</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>AM9624</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polyethylene Tubing 0.38&#215;1.09mm medical grade</td>
			<td>dropletex</td>
			<td></td>
			<td>ID 0.38 mm OD 1.09 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-Propanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>190764</td>
			<td>ACS reagent, &#8805;99.5%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Protein LoBind Tubes</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>30108132</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pump 11 Pico Plus Elite Programmable Syringe Pump</td>
			<td>Harvard Apparatus</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RPMI 1640 medium</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>11530586</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SYLGARD 184 silicone elastomer kit</td>
			<td>Dow SYLGARD</td>
			<td>634165S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trichloro-(1H,1H,2H,2H-perfluoroctyl)-silane</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>448931</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UVC LED sterilizing box</td>
			<td>UVLED Optical Technology Co., Ltd.</td>
			<td>9S SZH8-S2</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

interlinked macroporous 3d scaffolds from microgel rods

Ein Zwei-Komponenten-System funktionalisierter Mikrogele aus der Mikrofluidik ermöglicht eine schnelle Verkettung zu makroporösen 3D-Konstrukten in wässrigen Lösungen ohne weitere Zusätze. Die kontinuierliche photoinitiierte On-Chip-Gelierung ermöglicht die Variation des Mikrogel-Aspektverhältnisses, das die Bausteineigenschaften für die erhaltenen Konstrukte bestimmt. Glycidylmethacrylat (GMA) oder 2-Aminoethylmethacrylat (AMA) Monomere werden in das Mikrogelnetzwerk auf Basis von Polyethylenglykol (PEG) Sternpolymeren einpolymerisiert, um entweder Epoxid- oder Aminfunktionalität zu erreichen. Ein fokussierender Ölstrom wird in die mikrofluidische Auslassstruktur eingeführt, um eine kontinuierliche Erfassung der funktionalisierten Mikrogelstäbe zu gewährleisten. Basierend auf einer aktuellen Publikation führen Mikrogel-Stäbchen-basierte Konstrukte zu größeren Poren von mehreren hundert Mikrometern und gleichzeitig zu einer insgesamt höheren Gerüststabilität im Vergleich zu einem sphärischen Modell. Auf diese Weise ist es möglich, höhervolumige Konstrukte mit mehr freiem Volumen herzustellen und gleichzeitig den Materialbedarf zu reduzieren. Die miteinander verketteten makroporösen Gerüste können ohne Beschädigung oder Zerfall aufgenommen und transportiert werden. Amin- und Epoxidgruppen, die nicht an der Vernetzung beteiligt sind, bleiben aktiv und können unabhängig voneinander für die Nachmodifikation verwendet werden. Dieses Protokoll beschreibt eine optimierte Methode zur Herstellung von Mikrogelstäbchen zu makroporösen, miteinander verbundenen Gerüsten, die für nachfolgende Zellexperimente verwendet werden können.

<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64010/64010fig02.jpg"> Abbildung 2: Makroporöse vernetzte Gerüststruktur. (A) 3D-Projektion eines 500 μm konfokalen Mikroskopie-Z-Stapels des vernetzten makroporösen Gerüstes. Maßstabsbalken stellt 500 μm dar. (B) Verkettetes Gerüst aus ~10.000 Mikrogelstäben auf einem Deckglas, das direkt aus Wasser genommen wird. Der Maßstabsb...

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Interlinked Macroporous 3D Scaffolds from Microgel Rods

Mikrogelstäbchen mit komplementären reaktiven Gruppen werden durch Mikrofluidik mit der Fähigkeit hergestellt, sich in wässriger Lösung zu vernetzen. Die anisometrischen Mikrogele klemmen und verbinden sich zu stabilen Konstrukten mit größeren Poren im Vergleich zu sphärischen Systemen. Mit GRGDS-PC modifizierte Mikrogele bilden makroporöse 3D-Konstrukte, die für die Zellkultur verwendet werden können.

Vernetzte makroporöse 3D-Gerüste aus Mikrogelstäben

A two-component system of functionalized microgels from microfluidics allows for fast interlinking into 3D macroporous constructs in aqueous solutions ...

Dieses Protokoll beschreibt die Herstellung von Mikrogelstäben, die sich zu Mikroporengerüsten verbinden. Diese Gerüste können in Kombination mit Zellen verwendet werden, die den erforderlichen Raum für eine effiziente Zellzellinteraktion bieten. Die beiden verschiedenen Arten von Mikro-Gel-Stäbchen verbinden sich bei Kontakt.Das hohe Aspektverhältnis führt zu größeren Poren bei gleichzeitiger Beibehaltung der Gerüststabilität mit weniger synthetischem Material im Vergleich zu sphärischen Mikrogelen. Mikroporengerüste würden die Infiltration und Interaktion endogener Zellen zur Reparatur von geschädigtem Gewebe erheblich verbessern. Die großen Poren erleichtern die Bildung von Blutgefäßen, um Nährstoffe an das wachsende Gewebe auszutauschen.Die Reduzierung von Gerüstmaterial ist vorteilhaft, da mehr Freiräume für die Gewebebildung vorgesehen sind, was sowohl für In-vitro- als auch für In-vivo-Anwendungen wichtig ist. Ein kritischer Aspekt ist die mikrofitische Chipulationstechnik. Um eine kontinuierliche Produktion von Mikrogelstäben zu gewährleisten, muss das Produkt effektiv und verstopfungsfrei aus dem Rohr transportiert werden.Führen Sie zunächst die Nadeln in die Polyethylenröhrchen ein und entfernen Sie das Gas aus der Spritze und dem Röhrchen. Führen Sie dann ein zusätzliches Polyethylenrohr in den Auslass für die Produktsammlung ein. Als nächstes legen Sie alle Glasspritzen und die Spritzenpumpen ein und führen jedes Schlauchende in den entsprechenden Einlass ein.Dann fokussieren Sie das Mikroskop auf den Ölwasserquerschnitt. Starten Sie die erste Ölspritzenpumpe, um den Kanal zuerst mit Öl zu füllen, um eine Kanalbenetzung durch die dispergierte Phase zu verhindern. Verringern Sie dann die erste Öldurchflussrate auf 30 Mikroliter pro Stunde und starten Sie die Prepolymer-Spritzenpumpe, bis die dispergierte wässrige Phase am Querschnitt beobachtet werden kann.Als nächstes stellen Sie die Prepolymer-Durchflussrate auf 30 Mikroliter pro Stunde ein und fokussieren das Mikroskop auf den Ausgang. Starten Sie dann die zweite Ölspritzenpumpe und warten Sie, bis das Strömungsregime stabil ist. Legen Sie das Auslassrohr in einen Auffangbehälter und stellen Sie das UV-Bestrahlungssystem so ein, dass die Bestrahlungsstärke im Bereich von 900 bis 1000 Milliwatt pro Quadratzentimeter liegt.Und der Bestrahlungsfleck ist der gerade Kanalteil vor dem Auslass. Stellen Sie vor der UV-Bestrahlung die Durchflussraten des Prepolymers und des ersten Öls ein, um das gewünschte Aspektverhältnis im Bereich von 3,0 bis 4,5 zu erreichen, und stellen Sie die Bestrahlungszeit der dispergierten Phase auf etwa 2,3 Sekunden ein, abhängig von der Größe des Bestrahlungsflecks. Starten Sie dann die UV-Bestrahlung und stellen Sie gegebenenfalls die Durchflussmengen gemäß dem vorherigen Unterabschnitt erneut ein.Ändern Sie als Nächstes den Sammelbehälter und notieren Sie sich die Startzeit und die Durchflussraten der Produktsammlung. Um die Sammlung zu beenden, entfernen Sie den Sammlungscontainer und notieren Sie sich die Uhrzeit. Danach stoppen Sie die Bestrahlung und alle Spritzenpumpen.Anschließend wird das Produkt jeweils fünfmal mit n-Hexan, Isopropanol und entionisiertem Wasser gewaschen. Entfernen Sie dann den Überstand nach der Stäbchensedimentation. Die Dispersion der ersten Komponente wird in ein konisches 1,5- oder Zwei-Milliliter-Durchstechflasche überführt.Anschließend wird die zweite Komponente kontrolliert im Dauerbetrieb mit einer 100-Mikroliter-Pipette zugegeben und der Inhalt direkt mit der Pipette zur Flüssigkeitsaufnahme gemischt und wieder zugegeben. Dann fügen Sie G R G D S P C Lösung zu der vernetzten Struktur hinzu, um alle verbleibenden Epoxidgruppen mit dem Zelladhäsivpeptid zu modifizieren, das ein freies Amin und Thyal trägt, und lassen Sie es über Nacht bei Raumtemperatur stehen. Als nächstes entfernen Sie die nicht reagierten Moleküle durch Waschen mit entionisiertem Wasser und entfernen den Überstand.Nachdem Sie den Wasserspiegel gesenkt haben, öffnen Sie die Durchstechflasche und entstrahlen Sie sie mit UV-Licht der Wellenlänge von 250 bis 300 Nanometern. Verschließen Sie dann die Durchstechflasche und legen Sie die Durchstechflasche auf eine saubere Bank. Danach mit sterilem Wasser waschen.Ersetzen Sie das Wasser in der Durchstechflasche durch Zellkulturmedien und lassen Sie das Gleichgewicht fünf Minuten lang einwirken. Als nächstes übertragen Sie das makroporöse Gerüst in eine Zellkulturplatte für das Experiment, indem Sie gießen oder einen Spatel verwenden. Die konfokale Mikroskopie zeigte, dass das poröse 3D-Makrokonstrukt aus miteinander verbundenen Amin- und Epoxid-funktionalisierten Mikrogelstäbchen bestand.Das Konstrukt weist eine kompakte Geometrie von etwa 10.000 Mikrogelstäbchen auf, die innerhalb von zwei bis drei Sekunden gebildet werden. Der effektive Elastizitätsmodul von Amin- und Epoxid-Mikrogel-Stäbchen sowie Amin- und Epoxid-Mikrogelkugeln wird durch Nanoeindringung gemessen. Um aktive funktionelle Gruppen nachzuweisen, kann Fluorescein-Isothiocyanat verwendet werden, um primäre Aminogruppen sichtbar zu machen, und Fluoresceinamin-Isomer kann verwendet werden, um Epoxidgruppen zu markieren.Die Amin-Mikro-Gelstäbchen haben Abmessungen mit einer durchschnittlichen Länge von 553 Mikrometern und einer durchschnittlichen Breite von 193 Mikrometern in entionisiertem Wasser, was zu einem Aspektverhältnis von etwa 3,0 führt. Die Mittelwerte der Makroporen und der aus Mikrogelstäben zusammengesetzten Gerüste betragen 100 Mikrometer, wobei 90% der Porengrößen von 30 Mikrometern bis über 150 Mikrometer reichen. Die kugelartigen Mikrogele ergeben Cluster mit Porengrößen zwischen etwa 10 und 55 Mikrometern, mit einem Mittelwert von etwa 22 Mikrometern.Die beschriebenen Mikrogelstäbe sind ausgebildet, um durch zufälliges Mischen miteinander verbundene Mikroporengerüste herzustellen. Ein kontrolliertes Mischverfahren könnte in Zukunft die Herstellung maßgeschneiderter Gerüstgeometrien ermöglichen. Die Steifigkeit der Mikrogele und die biochemischen Hinweise können je nach Verkaufsanforderungen variiert werden.Durch die Kombination verschiedener Bausteine können unterschiedlichste Geometrien und Eigenschaften innerhalb eines Gerüsts erreicht werden. Auf diese Weise können wir bestimmte Zellen effizient angreifen, um mehrzelliges Gewebe zu bilden.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Elastomeric PGS Scaffolds in Arterial Tissue Engineering

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Cardiovascular disease is one of the leading cause of mortality in the US and especially, coronary artery disease increases with an aging population and ...

Forschung

Biotechnik

Preparation of 3D Fibrin Scaffolds for Stem Cell Culture Applications

Erstellung von 3D-Fibrin-Gerüste für Stem Cell Culture Anwendungen

Stem cells are found in naturally occurring 3D microenvironments in vivo, which are often referred to as the stem cell niche 1. Culturing stem cells ...

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Electrospun Fibrous Scaffolds of Polyglycerol-dodecanedioate for Engineering Neural Tissues From Mouse Embryonic Stem Cells

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For tissue engineering applications, the preparation of biodegradable and biocompatible scaffolds is the most desirable but challenging task. &#160;Among ...

3D Hydrogel Scaffolds for Articular Chondrocyte Culture and Cartilage Generation

3D-Hydrogel Scaffolds für Articular Chondrozyten-Kultur und Knorpel-Generation

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

Neonatal Cardiac Scaffolds: Novel Matrices for Regenerative Studies

Neonatal Cardiac Scaffolds: Neuartige Matrices für Regenerative Studies

The only definitive therapy for end stage heart failure is orthotopic heart transplantation.  Each year, it is estimated that more than 100,000 donor ...

Synthesis of Biocompatible Liquid Crystal Elastomer Foams as Cell Scaffolds for 3D Spatial Cell Cultures

Synthese von biokompatiblen Liquid Crystal Elastomerschäume als Zellgerüste für 3D Spatial Zellkulturen

Here, we present a step-by-step preparation of a 3D, biodegradable, foam-like cell scaffold. These scaffolds were prepared by cross-linking star block ...

Culturing Mammalian Cells in Three-dimensional Peptide Scaffolds

Kultivierung von Säugerzellen in dreidimensionale Peptid Gerüste

A useful technique for culturing cells in a self-assembling nanofiber three-dimensional (3D) scaffold is described. This culture system recreates an ...

Fabrication of Decellularized Cartilage-derived Matrix Scaffolds

Herstellung von Decellularized Knorpel abgeleitet Matrix Gerüste

Osteochondral defects lack sufficient intrinsic repair capacity to regenerate functionally sound bone and cartilage tissue. To this extent, cartilage ...

3D Printed Porous Cellulose Nanocomposite Hydrogel Scaffolds

3D-Druck poröse Zellulose Nanocomposites Hydrogel Gerüste

This work demonstrates the use of three-dimensional (3D) printing to produce porous cubic scaffolds using cellulose nanocomposite hydrogel ink, with ...

Fabrication and Use of Dry Macroporous Alginate Scaffolds for Viral Transduction of T Cells

Herstellung und Verwendung von trockenen makroporösen Alginatgerüsten für die virale Transduktion von T-Zellen

Genetic engineering of T cells for CAR-T cell therapy has come to the forefront of cancer treatment over the last few years. CAR-T cells are produced by ...