Name: gelatin methacryloyl granular hydrogel scaffolds: high-throughput microgel fabrication, lyophilization, chemical assembly, and 3d bioprinting
Uploaded: 2022-12-09T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Gelatin Methacryloyl Granular Hydrogel Scaffolds: High-throughput Microgel Fabrication, Lyophilization, Chemical Assembly, and 3D Bioprinting at JoVE.com

Yazarlar, Pennsylvania Eyalet Üniversitesi (Penn State) Kimya Mühendisliği Bölümü'nde araştırma destek uzmanı olan T. Pond'a, Penn State'teki Nanofabrikasyon Laboratuvarı personeline ve Partillion Bioscience'dan Dr. J. de Rutte'ye nanofabrikasyon süreçleriyle ilgili yardım ve tartışmalar için teşekkür eder. A. Sheikhi, Malzeme Araştırma Enstitüsü (MRI) ve İnsan Düzeyinde Mühendislik Malzemeleri Önemlidir Koleji'nin tohum hibelerini, Yaşayan Çok İşlevli Malzeme Sistemleri için Yakınsama Merkezi'nin (LiMC2) ve Mükemmellik Kümesi Yaşayan, Uyarlanabilir ve Enerji-Otonom Malzeme Sistemleri (livMatS) Yaşayan Çok İşlevli Malzemeler İşbirlikçi Araştırma Tohum Hibe Programı'nın ve Penn State'in başlangıç fonunun desteğini kabul eder. Bu yayında bildirilen araştırmalar, Ulusal Sağlık Enstitüleri'nin (NIH) Ulusal Biyomedikal Görüntüleme ve Biyomühendislik Enstitüsü (NIBIB) tarafından R56EB032672 ödül numarası altında kısmen desteklenmiştir.

NOT: Bu protokolde kullanılan tüm malzemeler, aletler ve reaktiflerle ilgili ayrıntılar için Malzeme Tablosuna bakın.
1. GelMA sentezi
NOT: GelMA sentezi kimyasal bir davlumbazda yapılmalı ve her zaman uygun kişisel koruyucu ekipman (KKD) kullanılmalıdır.
<ol><li>Bir Erlenmeyer şişesine 200 mL Dulbecco fosfat tamponlu salin (DPBS, 1x) ekleyin ve çözeltiyi 50 ° C'ye ulaşana kadar ısıtın. Buharlaşmayı önleme...

<ol>
	<li>Feng, Q., Li, D., Li, Q., Cao, X., Dong, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microgel+assembly:+Fabrication,+characteristics+and+application+in+tissue+engineering+and+regenerative+medicine.">Microgel assembly: Fabrication, characteristics and application in tissue engineering and regenerative medicine.</a> Bioactive Materials. 9, 105-119 (2022).</li><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., 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=Activating+an+adaptive+immune+response+from+a+hydrogel+scaffold+imparts+regenerative+wound+healing.">Activating an adaptive immune response from a hydrogel scaffold imparts regenerative wound healing.</a> Nature Materials. 20 (4), 560-569 (2021).</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>Ding, 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=Jammed+micro-flake+hydrogel+for+four-dimensional+living+cell+bioprinting.">Jammed micro-flake hydrogel for four-dimensional living cell bioprinting.</a> Advanced Materials. 34 (15), 2109394 (2022).</li><li>Muir, V. G., 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=Sticking+together:+injectable+granular+hydrogels+with+increased+functionality+via+dynamic+covalent+inter-particle+crosslinking.">Sticking together: injectable granular hydrogels with increased functionality via dynamic covalent inter-particle crosslinking.</a> Small. 18 (36), 2201115 (2022).</li><li>Sideris, E., 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=Particle+hydrogels+based+on+hyaluronic+acid+building+blocks.">Particle hydrogels based on hyaluronic acid building blocks.</a> ACS Biomaterials Science and Engineering. 2 (11), 2034-2041 (2016).</li><li>Molley, T. G., Hung, T., Kilian, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell-laden+gradient+microgel+suspensions+for+spatial+control+of+differentiation+during+biofabrication.">Cell-laden gradient microgel suspensions for spatial control of differentiation during biofabrication.</a> Advanced Healthcare Materials. , 2201122 (2022).</li><li>Zoratto, N., 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=In+situ+forming+microporous+gelatin+methacryloyl+hydrogel+scaffolds+from+thermostable+microgels+for+tissue+engineering.">In situ forming microporous gelatin methacryloyl hydrogel scaffolds from thermostable microgels for tissue engineering.</a> Bioengineering and Translational. 5 (3), (2020).</li><li>Yuan, 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=In+situ+fused+granular+hydrogels+with+ultrastretchability,+strong+adhesion,+and+mutli-bioactivities+for+efficient+chronic+wound+care.">In situ fused granular hydrogels with ultrastretchability, strong adhesion, and mutli-bioactivities for efficient chronic wound care.</a> Chemical Engineering Journal. 450, 138076 (2022).</li><li>Ataie, 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=Nanoengineered+granular+hydrogel+bioinks+with+preserved+interconnected+microporosity+for+extrusion+bioprinting.">Nanoengineered granular hydrogel bioinks with preserved interconnected microporosity for extrusion bioprinting.</a> Small. 18 (37), 2202390 (2022).</li><li>Annabi, N., 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=25th+anniversary+article:+rational+design+and+applications+of+hydrogels+in+regenerative+medicine.">25th anniversary article: rational design and applications of hydrogels in regenerative medicine.</a> Advanced Materials. 26 (1), 85-124 (2014).</li><li>Rajabi, N., 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=Recent+advances+on+bioprinted+gelatin+methacrylate-based+hydrogels+for+tissue+repair.">Recent advances on bioprinted gelatin methacrylate-based hydrogels for tissue repair.</a> Tissue Engineering. Part A. 27 (11-12), 679-702 (2021).</li><li>Sheikhi, A., Di Carlo, D., Khademhosseini, A., De Rutte, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methods+for+fabricating+modular+hydrogels+from+macromolecules+with+orthogonal+physico-chemical+responsivity.">Methods for fabricating modular hydrogels from macromolecules with orthogonal physico-chemical responsivity.</a> U.S. Patent Application. , (2021).</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>Hinton, T. 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=Three-dimensional+printing+of+complex+biological+structures+by+freeform+reversible+embedding+of+suspended+hydrogels.">Three-dimensional printing of complex biological structures by freeform reversible embedding of suspended hydrogels.</a> Science Advances. 1 (9), (2015).</li><li>Seymour, A. J., Shin, S., Heilshorn, S. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+printing+of+microgel+scaffolds+with+tunable+void+fraction+to+promote+cell+infiltration.">3D printing of microgel scaffolds with tunable void fraction to promote cell infiltration.</a> Advanced Healthcare Materials. 10 (18), 2100644 (2021).</li><li>Lee, 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=3D+bioprinting+of+collagen+to+rebuild+components+of+the+human+heart.">3D bioprinting of collagen to rebuild components of the human heart.</a> Science. 365 (6452), 482-487 (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>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=Modular+microporous+hydrogels+formed+from+microgel+beads+with+orthogonal+thermo-chemical+responsivity:+Microfluidic+fabrication+and+characterization.">Modular microporous hydrogels formed from microgel beads with orthogonal thermo-chemical responsivity: Microfluidic fabrication and characterization.</a> MethodsX. 6, 1747-1752 (2019).</li><li>Van Den Bulcke, A. I., 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=Structural+and+rheological+properties+of+methacrylamide+modified+gelatin+hydrogels.">Structural and rheological properties of methacrylamide modified gelatin hydrogels.</a> Biomacromolecules. 1 (1), 31-38 (2000).</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>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><li>Claa&#223;en, C., 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=Quantification+of+substitution+of+gelatin+methacryloyl:+best+practice+and+current+pitfalls.">Quantification of substitution of gelatin methacryloyl: best practice and current pitfalls.</a> Biomacromolecules. 19 (1), 42-52 (2018).</li><li>Sheikhi, A., Di Carlo, D., Khademhosseini, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methods+for+converting+colloidal+systems+to+resuspendable/redispersable+powders+that+preserve+the+original+properties+of+the+colloids.">Methods for converting colloidal systems to resuspendable/redispersable powders that preserve the original properties of the colloids.</a> U.S. Patent Application. , (2022).</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=Microengineered+emulsion-to-powder+technology+for+the+high-fidelity+preservation+of+molecular,+colloidal,+and+bulk+properties+of+hydrogel+suspensions.">Microengineered emulsion-to-powder technology for the high-fidelity preservation of molecular, colloidal, and bulk properties of hydrogel suspensions.</a> ACS Applied Polymer Materials. 1 (8), 1935-1941 (2019).</li><li>Lee, S., de Rutte, J., Dimatteo, R., Koo, D., 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+fabrication+and+use+of+3d+structured+microparticles+spatially+functionalized+with+biomolecules.">Scalable fabrication and use of 3d structured microparticles spatially functionalized with biomolecules.</a> ACS Nano. 16 (1), 38-49 (2022).</li><li>Charlet, A., Bono, F., Amstad, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+reinforcement+of+granular+hydrogels.">Mechanical reinforcement of granular hydrogels.</a> Chemical Science. 13 (11), 3082-3093 (2022).</li></ol>

Jelatin ve türevleri, HMP üretimi için en yaygın kullanılan protein bazlı biyomalzemelerdir. Verim ve partikül boyutu monodispersite dengesi zorluğu, kademeli emülsifikasyon mikroakışkan cihazları kullanılarak aşılabilir. Bu cihazlar saatte 40 milyondan fazla damlacık oluşturabilir ve varyasyon katsayısı %5'ten az27'dir. Bu makalede, GelMA çözeltileri içeren damlacıkların mikrofabrikasyonunu tartıştık ve ardından bunları GelMA HMP'lere, toza, GHS'ye ve NGB'ye dönüşt...

Doku mühendisliği iskeleleri oluşturmak için HMP yapı taşlarının montajı son birkaç yılda büyük ilgi görmüştür1. HMP montajı ile üretilen GHS, ayrık yapı taşları arasındaki boşluk boşluklarından kaynaklanan hücre ölçeğinde mikro gözeneklilik de dahil olmak üzere, toplu muadilleriyle karşılaştırıldığında benzersiz özelliklere sahiptir. Enjekte edilebilirlik, modülerlik ve gözeneklilikten ayrılmış sertlik gibi ek özellikler, GHS'yi doku onarımını ve yenilenmesini geliştirmek için umut verici bir platform haline getirir2. GHS üretimi için sentetik PEG bazlı polimerler3,4 ve aljinat5 ve hyaluronik asit 6,7 gibi polisakkaritler dahil olmak üzere farklı biyomalzemeler kullanılmıştır. Doğal olarak türetilmiş polimerler arasında, GHS üretimi için en yaygın protein bazlı biyopolimer, çapraz bağlanabilir, biyouyumlu, biyoyapıştırıcı ve biyolojik olarak parçalanabilir bir biyomalzeme olan GelMA 8,9,10,11'dir 12,13.
HMP'ler, toplu emülsifikasyon8, akış odaklı 14,15 veya adım emülsifikasyon 9,11 mikroakışkan cihazlar,harmanlama 16 veya karmaşık koapervasyon17,18 yoluyla üretilebilir. Genellikle, imalat verimi ile HMP monodispersitesi arasında bir denge vardır. Örneğin, karıştırma tekniği düzensiz şekilli ve yüksek oranda polidağılmış HMP'ler verir. Toplu emülsifikasyon veya karmaşık koaservasyon, büyük hacimlerde çok dağınık küresel HMP'lerin üretilmesini sağlar. Akış odaklı mikroakışkan cihazlar,% <5'lik bir varyasyon katsayısına sahip yüksek oranda monodisperse damlacıklar üretmek için kullanılmıştır, ancak verim önemli ölçüde düşüktür. Kademeli emülsifikasyon mikroakışkan cihazlarda, yüksek oranda paralelleştirilmiş adımlar, monodisperse HMP'lerin19'unun yüksek verimli imalatını sağlar.
Metakriloil modifiye jelatin (GelMA) HMP yapı taşları ısıya duyarlı ve (fotoğraf) kimyasal olarak çapraz bağlanabilir, bu da kolay GHS üretimisağlar 20. Üst kritik çözelti sıcaklığının (UCST)21 altında soğutulduktan sonra (örneğin, 4 °C'de), bir GelMA çözeltisi içeren damlacıklar fiziksel olarak çapraz bağlı HMP'lere dönüştürülür. Bu HMP yapı taşları daha sonra sıkışmış mikrojel süspansiyonları elde etmek için dış kuvvetler (örneğin, santrifüjleme yoluyla) kullanılarak paketlenir. Parçacıklar arası bağlantılar, mekanik olarak sağlam GHS14'ü oluşturmak için bitişik HMP'ler arasında (fotoğraf) kimyasal çapraz bağlama yoluyla kurulur. GHS'nin en önemli özelliklerinden biri, in vitro11 facile hücre penetrasyonunu ve in vivo22'de gelişmiş doku büyümesini sağlayan mikro gözenekliliktir. HMP'lerin üç boyutlu (3D) biyobaskısı, geleneksel olarak sıkıca paketlenmiş mikrojel süspansiyonları kullanılarak gerçekleştirilir ve mikroporoziteden ödün verir23.
Son zamanlarda, heterojen olarak yüklü nanopartiküllerin adsorpsiyonu yoluyla GelMA mikrojellerinin ara yüz nanomühendisliğine dayanan yeni bir granüler biyomürekkep sınıfı geliştirdik, ardından nanopartikül geri dönüşümlü kendi kendine montaj. Bu strateji, gevşek bir şekilde paketlenmiş mikrojelleri kesme verimli ve ekstrüzyon 3D biyo-yazdırılabilir hale getirir, bu da eklemeli olarak üretilen GHS11'in mikro ölçekli gözenekliliğini korur. Bu makalede, yüksek verimli GelMA damlacık üretimi, bu damlacıkların fiziksel olarak çapraz bağlı HMP'lere dönüştürülmesi, yeniden askıya alınabilir toz kullanılarak GelMA HMP'lerin üretilmesi, GelMA GHS oluşumu, GelMA nanomühendislik granüler biyomürekkep (NGB) hazırlığı ve 3D biyobaskı yöntemleri sunulmaktadır.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1H,1H-perfluoro-1-octanol</td>
			<td>Alfa Aesar, MA, USA</td>
			<td>B20156-18</td>
			<td>98% purity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biopsy punch</td>
			<td>Integra Miltex, NY, USA</td>
			<td>33-31A-P/25</td>
			<td>1.5 mm Biopsy Punch with Plunger System</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Blunt needle</td>
			<td>SANANTS</td>
			<td>30-002-25</td>
			<td>25 G</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bruker Avance NEO 400 MHz</td>
			<td>400 MHz Bruker NEO, MA, USA</td>
			<td></td>
			<td>NMR device</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge</td>
			<td>Eppendorf, Germany</td>
			<td>5415 C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge tube</td>
			<td>Celltreat, MA ,USA</td>
			<td>229423</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coffee filters</td>
			<td>BUNN, IL, USA</td>
			<td>20104.0006</td>
			<td>BUNN 8-12 Cup Coffee Filters, 6 each, 100 ct</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Desiccator</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>5311-0250</td>
			<td>Nalgene Vacuum Desiccator, PC Cover and Body, 280 mm OD</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Deuterium oxide</td>
			<td>Sigma, MA, USA</td>
			<td>151882</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dialysis membrane (12-14 kDa)</td>
			<td>Spectrum Laboratories, NJ, USA</td>
			<td>08-667E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dulbecco&#39;s phosphate buffered saline (DPBS, 1x)</td>
			<td>Sigma, MA, USA</td>
			<td>56064C-10L</td>
			<td>dry powder, without calcium, without magnesium, suitable for cell culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Erlenmeyer flask</td>
			<td>Corning, NY, USA</td>
			<td>4980</td>
			<td>Corning PYREX&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>VWR, PA, USA</td>
			<td>89125-188</td>
			<td>Koptec 200 proof</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>External thread cryogenic vials (cryovials)</td>
			<td>Corning, NY, USA</td>
			<td>430659</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Freeze dryer</td>
			<td>Labconco, MO, USA</td>
			<td>71042000</td>
			<td>Equipped with vacuum pump (Catalog# 7587000)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gelatin powder</td>
			<td>Sigma, MA, USA</td>
			<td>G1890-5100G</td>
			<td>Type A from porcine skin, gel strength ~300 g Bloom</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass microscope slides</td>
			<td>VWR, PA, USA</td>
			<td>82027-788</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hotplate</td>
			<td>FOUR E&#39;S SCIENTIFIC</td>
			<td>MI0102003</td>
			<td>5 inch Magnetic Hotplate Stirrer Max Temp 280 &#176;C/536 &#176;F&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kimwipes</td>
			<td>Fischer scientific, MA, USA</td>
			<td>06-666</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KMPR 1000 negative photoresist series</td>
			<td>Kayaku Advanced Materials, MA, USA</td>
			<td>121619</td>
			<td>KMPR1025 and KMP1035 are included</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LAPONITE XLG</td>
			<td>BYK USA Inc., CT, USA</td>
			<td>2344265</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate (LAP)</td>
			<td>Sigma, MA, USA</td>
			<td>900889-1G</td>
			<td>&#62;95%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Luer-Lok connector</td>
			<td>BD, NJ, USA</td>
			<td>BD 302995&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MA/BA Gen4-Serie Mask- und Bond-Aligner</td>
			<td>S&#220;SS MicroTeck, German</td>
			<td></td>
			<td>Nanofabrication device</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methacylate anhydride</td>
			<td>Sigma, MA, USA</td>
			<td>276685-100ML</td>
			<td>contains 2,000&#160;ppm topanol A as inhibitor, 94%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Milli-Q water</td>
			<td>Millipore Corporation, MA, USA</td>
			<td>ZRQSVR5WW</td>
			<td>electrical resistivity &#8776; 18 M&#937; at 25 &#176;C, Direct-Q 5 UV Remote Water Purification System</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Novec 7500 engineering fluid</td>
			<td>3M, MN, USA</td>
			<td></td>
			<td>3M ID&#160;7100003723</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oven</td>
			<td>VWR, PA, USA</td>
			<td>VWR-1410</td>
			<td>1410 Vacuum Oven</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Parafilm</td>
			<td>Fischer scientific, MA, USA</td>
			<td>HS234526C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pasteur pipette</td>
			<td>VWR, PA, USA</td>
			<td>14673-010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Petri dish</td>
			<td>VWR, PA, USA</td>
			<td>25384-092</td>
			<td>polystyrene</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pico-Surf</td>
			<td>Sphere Fluidics, UK</td>
			<td>C022</td>
			<td>(5% (w/w) in Novec 7500)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pipette</td>
			<td>VWR, PA, USA</td>
			<td>89079-970</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pipette tips</td>
			<td>VWR, PA, USA</td>
			<td>87006-060</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plasma cleaner chamber</td>
			<td>Harrick Plasma, NY, USA</td>
			<td>PDC-001-HP&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polydimethylsiloxane</td>
			<td>Dow Corning, MI, USA</td>
			<td>&#160;2065623</td>
			<td>SYLGARD 184 Silicone Elastomer Kit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Positive displacement pipette</td>
			<td>Microman E M100E, Gilson, OH, USA</td>
			<td>M100E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicon wafers</td>
			<td>UniversityWafer, MA, USA</td>
			<td>452/1196</td>
			<td>4-inch mechanical grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spatula</td>
			<td>VWR, PA, USA</td>
			<td>231-0104</td>
			<td>Disposable</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SU-8&#160;</td>
			<td>Kayaku Advanced Materials, MA, USA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe pump</td>
			<td>Harvard Apparatus, MA, USA</td>
			<td>70-2001</td>
			<td>PHD 2000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane</td>
			<td>Millipore Sigma, MA, USA</td>
			<td>448931-10G</td>
			<td>97%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tygon tubings</td>
			<td>Saint-globain, PA, USA</td>
			<td>AAD04103&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV light&#160;</td>
			<td>QUANS</td>
			<td></td>
			<td>Voltage: 85 V-265 V AC / Power: 20 W</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum filtration unit</td>
			<td>VWR, PA, USA</td>
			<td>10040-460</td>
			<td>0.20 &#181;m</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vortex</td>
			<td>Fischer scientific, USA</td>
			<td>14-955-151</td>
			<td>Mini Vortex Mixer</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

gelatin methacryloyl granular hydrogel scaffolds: high-throughput microgel fabrication, lyophilization, chemical assembly, and 3d bioprinting

Hidrojel mikropartiküllerinin (HMP'ler) birleştirilmesiyle üretilen granüler hidrojel iskelelerin (GHS) ortaya çıkması, mikro gözenekli iskele oluşumunu in situ olarak sağlamıştır. Geleneksel dökme hidrojellerin aksine, GHS'deki birbirine bağlı mikro ölçekli gözenekler, bozunmadan bağımsız hücre infiltrasyonunun yanı sıra oksijen, besin ve hücresel yan ürün transferini kolaylaştırır. Metakriloil-modifiye jelatin (GelMA), hücre yapıştırıcısı ve biyolojik olarak parçalanabilir moieties içeren (fotoğraf) kimyasal olarak çapraz bağlanabilen, protein bazlı bir biyopolimer, hücreye duyarlı / öğretici bir biyomateryal olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Toplu GelMA'yı GHS'ye dönüştürmek, doku mühendisliği ve rejenerasyonu için çok sayıda fırsat yaratabilir. Bu makalede, yüksek verimli GelMA mikrojel üretimi, yeniden askıya alınabilir kuru mikrojellere (mikro-aerojeller) dönüştürme, mikrojellerin kimyasal montajı yoluyla GHS oluşumu ve ekstrüzyon biyobaskısı için granüler biyomürekkep üretimi prosedürlerini göstereceğiz. Soğutma ve fotoçapraz bağlama yoluyla sıralı bir fizikokimyasal işlemin mekanik olarak sağlam GHS'nin oluşumunu nasıl sağladığını gösteriyoruz. Işığa erişilemediğinde (örneğin, derin doku enjeksiyonu sırasında), ayrı ayrı çapraz bağlı GelMA HMP'ler, transglutaminazlar kullanılarak enzimatik çapraz bağlama yoluyla biyoortogonal olarak birleştirilebilir. Son olarak, düşük HMP paketleme yoğunluğunda mikrogözenekli GHS'nin üç boyutlu (3D) biyobaskısı, heterojen olarak yüklü nanopartiküllerin ara yüzey kendi kendine montajı yoluyla gösterilmiştir.

GelMA, Şekil 1A'da gösterildiği gibi jelatinin MA ile reaksiyonu yoluyla sentezlendi. MA konsantrasyonu gibi reaksiyon koşullarını uyarlayarak, farklı derecelerde MA ikamesi elde edildi. MA ikame derecesini ölçmek için, GelMA 1H NMR spektroskopisi ile değerlendirildi (Şekil 1B). ~ 5-6 ppm'lik kimyasal kaymalarda temsili zirvelere sahip vinil fonksiyonel gruplar, jelatinden başarılı GelMA sentezini doğruladı. Diyaliz ve steri...

Watch this Scientific Journal Video about Gelatin Methacryloyl Granular Hydrogel Scaffolds: High-throughput Microgel Fabrication, Lyophilization, Chemical Assembly, and 3D Bioprinting at JoVE.com

Gelatin Methacryloyl Granular Hydrogel Scaffolds: High-throughput Microgel Fabrication, Lyophilization, Chemical Assembly, and 3D Bioprinting

Bu makalede, mikroakışkan cihazlar kullanılarak yüksek verimli jelatin metakriloil mikrojel üretimi, mikrojellerin yeniden askıya alınabilir toza (mikro-aerojeller) dönüştürülmesi, granüler hidrojel iskeleleri oluşturmak için mikrojellerin kimyasal montajı ve 3D biyobaskı için korunmuş mikroporoziteye sahip granüler hidrojel biyomürekkeplerinin geliştirilmesi için protokoller açıklanmaktadır.

Jelatin Metakriloil Granül Hidrojel İskeleleri: Yüksek Verimli Mikrojel İmalatı, Liyofilizasyon, Kimyasal Montaj ve 3D Biyobaskı

The emergence of granular hydrogel scaffolds (GHS), fabricated via assembling hydrogel microparticles (HMPs), has enabled microporous scaffold formation ...

Hücre dışı matris veya ECM sayısal hidrojel mikropartikülleri, iskele üretimi için yapı taşları olarak kullanılabilir. Bu protokol, jelatin metakriloil veya GelMA hidrojel mikropartiküllerinin üretimini, saflaştırılmasını, liyofilizasyonunu, fotoğraf montajını ve 3D biyobaskısını göstermektedir. GelMA, hücreye duyarlı ve öğretici bir biyomateryal olarak yaygın olarak kullanılan, hücre yapıştırıcısı ve biyobozunur parçaları içeren fotokimyasal, çapraz bağlanabilen, protein bazlı bir biyopolimerdir.Geleneksel dökme hidrojel ile karşılaştırıldığında, GelMA granüler hidrojel iskeleleri mikro gözeneklidir ve yapı taşı boyutuna göre uyarlanabilen hızlı hücre infiltrasyonu sağlar. GelMA granüler hidrojel iskeleleri, ucuz platformlarda ve rejeneratif mühendislikte kalın dokuların, organların ve hastalıkların 3D biyobaskısı için yeni fırsatlar açabilir. Başlamak için,% 0.1'lik bir fotobaşlatıcı çözeltisi hazırlamak için 10 mililitre DPBS'ye 10 miligram LAP ekleyin.Çözeltiyi alüminyum folyo ile sararak ışıktan koruyun ve etiketleyin. Daha sonra, istenen miktarda GelMA'yı foto-başlatıcı çözeltisinde çözün. Net bir çözelti elde etmek için alüminyum folyo sarılı çözeltiyi bir saat boyunca 37 santigrat derece fırına yerleştirin.Yağ fazını hazırlamak için, mühendislik sıvısında% 2 biyouyumlu bir yüzey aktif madde çözeltisi yapın. Tygon borusunu PDMS cihazının giriş ve çıkışlarına yerleştirin, ardından girişler için Tygon borusunun diğer ucuna 25 gauge künt bir iğne yerleştirin. Cihazı mikroskop altına yerleştirin ve bir saç kurutma makinesi veya bir alan ısıtıcı kullanarak ortamı yaklaşık 40 santigrat derecede sıcak tutun.Sulu ve yağ çözeltilerini cihaza bağlı ayrı şırıngalara yükleyin. Yağ fazı için şırınga pompasını dakikada 160 mikrolitre akış hızıyla çalıştırın. Yağ kanalı doldurduktan sonra, sulu faza dakikada 80 mikrolitrede başlayın.Mikroskop altında damlacık oluşumunu kontrol edin. Damlacıkları bir kapta toplayın ve optik mikroskopi görüntüleme ile görüntüleme odasında değerlendirin. GelMA mikrojelinin fiziksel çapraz bağlanmasını başlatmak ve damlacıkları kararlı mikrojellere dönüştürmek için damlacıkları gece boyunca dört santigrat derecede tutun.Mikromühendislik ürünü emülsiyondan toza, MEtoP yöntemini uygulamak için, termal olarak dayanıklı mikrosantrifüj tüpleri veya kriyovyaller kullanarak mühendislik sıvısındaki fiziksel olarak çapraz bağlı mikrojelleri toplayın. Açık tüpü bir laboratuvar mendili ve bant ile kapatın. Liyofilizasyona devam etmek için fiziksel olarak çapraz bağlanmış mikrojelleri sıvı azot içinde 10 dakika boyunca derin dondurun.Liyofilizasyondan sonra, katı bir toz elde edilecektir. Mikrojel süspansiyonları yapmak için liyofilize toza dört santigrat derecede bir mililitre soğutulmuş,% 0.1 fotobaşlatıcı çözelti ekleyin. Vorteksli karışımı 3.000g'da 15 saniye boyunca santrifüjleyin.Süpernatanı attıktan sonra, paketlenmiş mikrojel süspansiyonunu pozitif deplasmanlı bir pipet kullanarak bir kalıba aktarın ve granüler hidrojel iskeleleri veya GHS oluşturmak için 60 saniye boyunca santimetrekare başına 15 miliwatt yoğunluğa sahip 400 nanometre dalga boyunda ışığa maruz bırakın. 400 mikrolitre mikrojel süspansiyonu için, fiziksel olarak çapraz bağlanmış GelMA mikrojellerine mühendislik sıvısında% 20 oranında eşit miktarda buz gibi soğuk PFO çözeltisi ekleyin. Daha sonra vorteksli karışımı 300g'de 15 saniye boyunca santrifüj edin ve yağ fazını pipetleme ile GelMA mikrojellerinden çıkarın.Daha sonra mikrojel süspansiyonuna 400 mikrolitre buz gibi soğuk,% 0.1 fotobaşlatıcı çözelti ekleyin. Vorteksli çözeltiyi 15 saniye boyunca 300g'de santrifüj ettikten sonra, yağı atın. Fotobaşlatıcı çözelti ekleme ve santrifüjleme adımlarını tekrarlayın, ancak bu sefer 3.000g'da santrifüj yapın ve paketlenmiş GelMA mikrojellerinin süpernatantını atın.Paketlenmiş GelMA mikrojellerini bir kalıba aktarın, ardından GHS'yi oluşturmak için ışığa maruz bırakın. % 3.33'lük bir nanopartikül dispersiyonu oluşturmak için üç mililitre buz gibi soğuk, ultra saf suya 100 miligram nanoplatelet tozu ekleyin. Agrega nanopartikülleri pul pul dökmek için dispersiyonu dört santigrat derecelik bir buzdolabının içinde 15 dakika boyunca kuvvetlice vorteksleyin.Düzgün pul pul dökülmüş nanopartiküller net bir dağılım sağlar. % 1'lik bir fotobaşlatıcı stok çözeltisi hazırlamak için 50 miligram LAP'yi beş mililitre buz gibi soğuk, ultra saf suda çözün. Daha sonra pul pul dökülmüş nanopartikül dispersiyonuna 333 mikrolitre% 1 fotobaşlatıcı çözeltisi ekleyin ve ortam ışığına karşı korumak için alüminyum folyoya sarın.Nanopartikül dispersiyonunu ve fotobaşlatıcıyı karıştırmak için karışımı bir dakika boyunca vorteksleyin. Fiziksel olarak çapraz bağlı GelMA mikrojellerine bire bir hacim oranında mühendislik sıvısında% 20 oranında buz gibi soğuk PFO ekleyin. Vorteksli karışımı 300 g'da 15 saniye boyunca santrifüj ettikten sonra, yüzey aktif maddeyi içeren yağ fazını atın.Buz gibi soğuk, LAP takviyeli nanopartikül dispersiyonunu yıkanmış GelMA mikrojellerine ekleyin. 15 saniye boyunca 3.000g'da santrifüj yaptıktan sonra, altta kalan yağı ve süpernatant dispersiyonunu atın. JelMA nanomühendislik ürünü granül biyomürekkep veya NGB'yi elde etmek için bir gün boyunca alüminyum folyo kullanarak süspansiyonu dört santigrat derecede saklayın.Ertesi gün, NGB'yi üç mililitrelik bir şırıngaya yükleyin. Yüklü şırıngayı bir kapak ve parafilm ile kapatın ve sıkışmış havayı gidermek için 200 g'da bir darbe santrifüjlemesi yapın. Dişi Luer kilit konektörünü kullanarak biyomürekkebi üç mililitrelik bir kartuşa aktarın.Sıkışan havayı gidermek için kartuşu tekrar 200 g'da kısa bir süre santrifüj edin ve kullanmadan önce NGB'yi dört santigrat derecede tutun. Daha sonra, hazırlanan murin fibroblast hücre süspansiyonunu üç mililitrelik bir şırıngaya yükleyin. NGB ve hücre yüklü şırıngaları dişi-dişi Luer kilit konektörü kullanarak birleştirin ve içeriği 40 kez ileri geri iterek hafifçe karıştırın.NGB veya hücre yüklü NGB'yi, nozulu üç mililitrelik yazıcı kafasına yükleyerek standart konik nozullu uygun bir biyoyazıcı kullanarak yazdırın. Baskı yatağı sıcaklığını 10 santigrat derecenin altında tutun ve hız ve geri basınç gibi parametreleri optimize edin. İstediğiniz gcode veya STL dosyasını seçin.Ardından, standart bir konik nozul ile donatılmış pnömatik üç mililitrelik bir şırınga için substratı ve nozul tipini seçin. Aygıt yönergelerini kullanarak biyoyazıcıyı kalibre edin ve 3B yapıları elde etmek için yazdırmaya başlayın. MEtoP teknolojisi, mikrojelleri agregasyondan ve ciddi deformasyondan korurken, düşük basınçlı dondurarak kurutma ile yeniden askıya alınabilir kurutulmuş mikrojel tozu elde etti.SEM görüntüleri, bu teknolojiyi kullanan kurutulmuş GelMA mikropartiküllerinin, geleneksel liyofilizasyon ile gözlenen agregasyona kıyasla, liyofilizasyondan sonra küresel şekillerini koruduğunu göstermiştir. GelMA, GHS ve NGB'nin yüksek moleküler ağırlıklı floresan boya ile mikropor karakterizasyonu, birbirine bağlı mikro ölçekli boşluk boşluklarını gösterdi. Ayrıca, özel olarak yazılmış bir MATLAB komut dosyası kullanılarak değerlendirilen floresan görüntüsü gözenekleri tespit etti.Boşluk fraksiyonu ve medyan gözenek eşdeğeri çap ölçümleri, NGB'yi kullanan 3D baskılı iskelelerdeki mikro ölçekli gözeneklerin kullanılabilirliğini ve birbirine bağlanabilirliğini kanıtlayan anlamlı bir fark göstermedi. NGB iskelelerinin asılı filament uzunluğu ölçümü ile sıkıca ve gevşek bir şekilde paketlenmiş GelMA mikrojellerine üstünlüğü, NGB'nin paketlenmiş mikrojellerden daha uzun bir uzunluğa sahip olduğunu ortaya koymuştur. Gevşek paketlenmiş mikrojeller filament vermedi.İçi boş bir silindir 3D baskılıydı ve tüm yapı fotoçapraz bağlantı için ışığa maruz bırakıldı. Basılı yapı, şekli, doğruluğu ve yapısal bütünlüğü göstermek için fiziksel olarak tutuldu. İskele biyolojik değerlendirme için, örneğin hücre yüklü biyobaskıda kullanılıyorsa, tüm adımları belirli koşullar altında, biyolojik güvenlik kabini altında gerçekleştirmeyi unutmayın.Granüler hidrojel iskelelerin biyotıpta yeni ortaya çıkan bir biyomateryal platformu olarak kullanımını pazardan çıkarmayı umuyoruz.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

3D Hydrogel Scaffolds for Articular Chondrocyte Culture and Cartilage Generation

Eklem Kondrosit Kültür ve Kıkırdak Üretimi için 3D hidrojel iskeleleri

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

Bioprinting Cellularized Constructs Using a Tissue-specific Hydrogel Bioink

Bioprinting cellularized dokuya özel Hidrojel Bioink kullanılarak dahil edilmesi

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 kıkırdak ve cilt doku analogları bir roman pasif birimi teknik Bioink Precellularization için karıştırma kullanmak

Bioprinting is a powerful technique for the rapid and reproducible fabrication of constructs for tissue engineering applications. In this study, both ...

Bioprintable Alginate/Gelatin Hydrogel 3D In Vitro Model Systems Induce Cell Spheroid Formation

Bioprintable Alginate/Gelatin Hydrogel 3D In Vitro Model Systems Induce Cell Spheroid Formation

Bioprintable aljinat/jelatin hidrojel 3D Vitro Model sistemleri hücre küresel oluşumu teşvik

The cellular, biochemical, and biophysical heterogeneity of the native tumor microenvironment is not recapitulated by growing immortalized cancer cell ...

3D Printed Porous Cellulose Nanocomposite Hydrogel Scaffolds

3D gözenekli selüloz Nanocomposite hidrojel iskele baskılı

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

Protocols of 3D Bioprinting of Gelatin Methacryloyl Hydrogel Based Bioinks

Jelatin Metacryloyl Hidrojel Bazlı Bioinks 3D Biyobaskı Protokolleri

Gelatin methacryloyl (GelMA) has become a popular biomaterial in the field of bioprinting. The derivation of this material is gelatin, which is hydrolyzed ...

Preparation and Characterization of Graphene-Based 3D Biohybrid Hydrogel Bioink for Peripheral Neuroengineering

Periferik Nöromühendislik için Grafen Bazlı 3D Biyohibrid Hidrojel Biyomürekkebin Hazırlanması ve Karakterizasyonu

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

Interlinked Macroporous 3D Scaffolds from Microgel Rods

Mikrojel Çubuklardan Birbirine Bağlı Makrogözenekli 3D İskeleler

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

Synthesis of Strong Adhesive Hydrogel, Gelatin O-Nitrosobenzaldehyde

Güçlü yapışkan hidrojel, jelatin o-nitrosobenzaldehit sentezi

Adhesive materials have become popular biomaterials in the field of biomedical and tissue engineering. In our previous work, we presented a new material - ...

Agarose Fluid Gels Formed by Shear Processing During Gelation for Suspended 3D Bioprinting

Askıda 3D biyobaskı için jelasyon sırasında kesme işlemi ile oluşturulan agaroz sıvı jelleri

The use of granular matrices to support parts during the bioprinting process was first reported by Bhattacharjee et al. in 2015, and since then, several ...