وصفا للأساليب المستخدمة لتحويل منضدية HP 500 الطابعة إلى bioprinter. الطابعة غير قادرة على معالجة الخلايا الحية، والذي يسبب مسام عابرة في غشاء. ويمكن استخدام هذه المسام لدمج الجزيئات الصغيرة، بما في ذلك فلوري G-الأكتين، إلى خلايا المطبوعة.
مقالة منهجية
وصفا للأساليب المستخدمة لتحويل منضدية HP 500 الطابعة إلى bioprinter. الطابعة غير قادرة على معالجة الخلايا الحية، والذي يسبب مسام عابرة في غشاء. ويمكن استخدام هذه المسام لدمج الجزيئات الصغيرة، بما في ذلك فلوري G-الأكتين، إلى خلايا المطبوعة.
Bioprinting لديها مجموعة واسعة من التطبيقات وأهميتها، بما في ذلك هندسة الأنسجة، ومباشرة تطبيق علاجات الخلية، وmicrofabrication جهاز الاستشعار البيولوجي. 1-10 في الآونة الأخيرة، كما تم الحرارية الطباعة النافثة للحبر تستخدم لترنسفكأيشن الجينات. 8،9 والطباعة النافثة للحبر الحرارية عملية تبين لل تعطيل مؤقتا في أغشية الخلايا دون التأثير على بقاء الخلية. ويمكن استخدام مسام عابرة في غشاء لتقديم الجزيئات، والتي من شأنها أن يكون الأمر خلاف ذلك كبيرة جدا لتمر عبر الغشاء، في سيتوبلازم الخلية. 8،9،11
التطبيق يتم شرحها هنا هو استخدام الطباعة النافثة للحبر الحرارية لدمج مونومرات G-الأكتين fluorescently المسمى في الخلايا. وميزة استخدام الحرارية نافثة للحبر الطباعة لحقن الجزيئات في الخلايا هو أن التقنية هي حميدة نسبيا للخلايا. وقد تبين 8، بقاء الخلية 12 بعد الطباعة لتكون مماثلة لجيش التحرير الشعبى الصينى الخلية القياسيةطرق تينغ 1،8. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن الطباعة النافثة للحبر معالجة الآلاف من الخلايا في غضون دقائق، وهو أسرع بكثير من microinjection دليل. وقد ثبت أن المسام التي أنشأتها الطباعة ليغلق في غضون ساعتين تقريبا. ومع ذلك، هناك حد لحجم المسام خلق (~ 10 نانومتر) مع هذا الأسلوب والطباعة، الأمر الذي يحد من تقنية لحقن الخلايا مع البروتينات الصغيرة و / أو جزيئات. 8،9،11
تم تعديل معيار HP DESKJET 500 الطابعة للسماح للطباعة الخلية. 3، 5، 8 غطاء الطابعة تم إزالة وآلية تغذية الورق وتجاوز استخدام رافعة ميكانيكية. تم إنشاء المرحلة للسماح لوضع الشرائح المجهر وcoverslips مباشرة تحت رأس الطباعة. فتحت خراطيش الحبر، وتمت إزالة الحبر وتم تنظيفها قبل استخدامها مع الخلايا. تم إنشاء نمط الطباعة باستخدام معيار برامج الرسم، والتي تسيطر وقتها على الطابعة من خلال أمر الطباعة بسيط. 3T3 الليفيوقد نمت الانفجارات إلى نقطة التقاء، trypsinized، ومعلق ثم في الفوسفات مخزنة المالحة مع ذوبان مونومرات G-الأكتين fluorescently المسمى. وكان pipetted تعليق خلية في خرطوشة الحبر وطبعت خطوط من الخلايا على زلات غطاء زجاجي المجهر. تم تصوير الخلايا الحية باستخدام المجهر مضان وعثر الأكتين في جميع أنحاء السيتوبلازم. إدماج الأكتين فلوري في الخلية يسمح للتصوير من لوقت قصير ديناميات هيكل الخلية وغير مفيدة لطائفة واسعة من التطبيقات. 13-15
1. تحويل منضدية HP 500
تجدر الإشارة إلى أن هذه التقنية يجب أن تعمل مع العديد من الطابعات النافثة للحبر تجاريا. ومع ذلك، أقدم الطابعات تميل إلى العمل بشكل أفضل لأنها تستخدم خراطيش الحبر مع فتحات أكبر قطر، والتي لا تسد بسهولة. وبالإضافة إلى ذلك، أقدم الطابعات تميل إلى استخدام أجهزة الاستشعار الميكانيكية تغذية الورق التي هي أسهل لتجاوز. ويمكن للخداع الطابعات مع أجهزة الاستشعار البصرية ولكن باستخدام شريط صغير من الورق على حافة أبعد من الطابعة أثناء كل دورة، ولكن قليلا أكثر صعوبة من النظام الميكانيكي الى "خدعة". الطابعات حاليا المتاحة تجاريا التي تعمل لديها أفضل دقة منخفضة (DPI).
الطابعات دقة أعلى تميل إلى أن تسد أكثر سهولة. قرار لطابعات HP Deskjet 500 هو 300 DPI. وهناك العديد من الطابعات المتوفرة تجاريا (طابعة HP Deskjet سلسلة وغيرها) التي لديها قرار 600 نقطة في البوصة. ويمكن استخدام هذا النوع من الطابعة مع زيادة صغيرة فقط في فوهةانسداد القضايا التي يمكن تخفيفها باستخدام تنظيف دقيق (القسم 3).
2. تحويل خراطيش الحبر HP سهم (HP 26 خرطوشة الحبر الأسود)
3. تنظيف خرطوشة الحبر
4. مما يجعل التعليق الخليوي - "بيوحبر "
5. Bioprinting
6. نتائج ممثل
نتائج ممثل عملية تحويل كامل من معيار، طابعات HP Deskjet الجاهزة-500، ومعيار خراطيش HP سلسلة خلق 26 طابعة لديها القدرة على حلول الطباعة خلية لكثير من أنواع التحليل كما ذكر من قبل. ويظهر الطابعة الانتهاء بعد التحويل في الشكل (3)، مع مرحلة الطباعة لوضع زلة غطاء على مجهر. ويمكن للطابعة أن تكون مفيدة في تحليل في العديد من المجالات، بما في ذلك سبيل المثال لا الحصر: ميكانيكا خلية واحدة، وهندسة الأنسجة، ترنسفكأيشن الجينات، micropatterning جهاز الاستشعار البيولوجي، والعلاج بالخلايا مباشرة 1-10، 16-22.
في هذا المثال، تم تعديل 1 منضدية HP 500 HP الطابعة والحبر سلسلة خراطيش 26 لbioprinting. استخدام هذا إعداد الطابعة مع bioink تتكون من الخلايا الليفية تعليق خلية في حل مونومر G-الأكتين، وطبعت على خلايا coverslips المجهر الزجاج. ويوضح الشكل 1 الدقة ممثل ults من الخلايا الليفية المطبوعة، والتي تظهر أدرجت مونومرات الأكتين فلوري. وقد تم الحصول على النتائج في بيئة معقمة للرقابة التي طبعت الخلايا في أنماط قابلة للتخصيص.
تم إنشاء نمط المستخدمة في هذا المثال في مايكروسوفت وورد (الشكل 2). خلق هذا النمط خط متواصل من الحل الطباعة عبر غالبية شرائح المجهر. ويبين الشكل 4 في خط مستقيم التي تترسب في bioink متبادل والخلايا. وتجدر الإشارة إلى أنه على الفور بعد الطباعة، وهناك زيادة في مضان الخلفية لأن الحل bioink، التي علقت في الخلايا، ويحتوي على حر فائض مونومرات الأكتين فلوري. هذا مضان الخلفية يقلل بشكل ملحوظ بعد إضافة وسائل الاعلام على نمو الخلايا (الشكل 1)، الذي يغسل مونومر الزائدة من الركيزة.
ad/3681/3681fig1.jpg "/>
الشكل 1. صور الممثل الخلايا الليفية 3T3 3 ساعات بعد الطباعة باستخدام طابعة نافثة للحبر تعديل. المناطق الداخلية من الخلايا إظهار إدراج مونومرات الأكتين الموسومة fluorescently. الحانات النطاق تمثل 50 ميكرون.

الشكل 2. التصميم المستخدمة لطباعة bioink.

الشكل 3. الطابعة بعد التحويل مع مرحلة الستايروفوم. السلك البرتقالي في منتصف يتجاوز رافعة خدمة الاستشعار ورقة.

الشكل 4. صورة الممثل من الخلايا الليفية 3T3 المطبوعة في منطقة الطباعة المحلية. صورة مجهرية تؤخذ مدة 5 دقائق بعد الطباعة في 20x والتكبير.
/ files/ftp_upload/3681/3681fig5.jpg "/>
الشكل 5. صورة الإسفار (تكبير 40X) تؤخذ 3 ساعات بعد الطباعة تظهر الخلايا الليفية مع المنضوية مونومرات الأكتين فلوري. شريط الحجم يمثل 50 ميكرون.

الشكل 6. المجهري نيون (20x والتكبير) للخلية التي اتخذت بعد 15 دقيقة من الطباعة. والصورة تظهر على حد سواء G-الأكتين (الخضراء) ونواة (الأزرق). من اليسار إلى اليمين: G-الأكتين مع اليكسا فلور 488، مع نواة دابي، وتراكب على حد سواء.

الشكل 7. المجهري نيون 2 الليفية تظهر في نمط خط 3 ساعات بعد الطباعة. الصورة على اليسار يظهر مونومرات الأكتين fluorescently المسمى داخل الخلايا. الصورة على اليمين هو غطاء للقناة فلوري مع صورة خلفية لإظهار أنه على الرغم منقد يكون هناك بعض الحطام على الشريحة (الزاوية اليسرى السفلى)، فإنه لا يتألق. الحانات النطاق تمثل 50 ميكرومتر إذا لم يشر حجم أقصى اليمين هي مجموعة مراقبة المنظمات غير المطبوعة الخلايا المحتضنة لمدة 3 ساعات مع مونومرات الموسومة fluorescently. هذا التحكم هو إظهار أن المونومرات يمكن أن لا تتمكن من اختراق غشاء الخلية دون permeabilization غشاء الخلية عن طريق الطباعة.
عملية لتحويل سطح المكتب القياسية النافثة للحبر الطابعة لbioprinting ليست صعبة للغاية. الخطوة الأكثر تحديا هو تحديد كيفية تجاوز آلية تغذية الورق، والتي تعتمد على نوع وطراز الطابعة المستخدمة. ومع ذلك، وهذا هو بسيط نسبيا عند استشعار تغذية الورقة الميكانيكية كما هو موضح هنا. لنماذج مع أجهزة الاستشعار البصرية تغذية، قد تحتاج إلى غيرها من التقنيات التي ستستخدم لخداع الطابعة إلى التفكير في أنه يستخدم ورقة، على سبيل المثال، يمكن للمرء أن تشغيل قطعة صغيرة من الورق من خلال الطابعة في الوقت الذي يطبع على الشريحة المجهر. تجاوز آلية تغذية الورق من المرجح أن تكون الخطوة الأكثر صعوبة في تطبيق هذه الإجراءات على النماذج طابعة مختلفة.
عند بناء مرحلة لعقد coverslips للطباعة، فمن المهم لضمان التوافق السليم وارتفاع. وينبغي في مرحلة تسمح ساترة لتوضع في وسط منطقة الطباعة. وبالإضافة إلى ذلك، ينبغي له ررالآس وساترة في 1 ارتفاع كاف للسماح لإزالة خرطوشة الطباعة لتمرير أكثر من الشريحة دون تعطيل ذلك. فإن ارتفاع الدقيق للمرحلة تعتمد على طراز الطابعة.
للتأكد من أن لا تحصل خلايا المطبوعة جرفت، وضعت الشرائح في حاضنة مباشرة بعد الطباعة لمدة 30 دقيقة تقريبا للسماح لمرفق الخلية قبل أضيف إضافية وسائل الاعلام في نمو الخلايا. لأنه تم طبع الخلايا في التوصل إلى حل يتضمن كميات كبيرة من الخلايا في برنامج تلفزيوني لم تجف، وظلت قادرة على البقاء. تم تصوير الخلايا باستخدام المجهر مضان لتصور توزيع مونومرات G-الأكتين المفتاحية داخل الخلية (أرقام 1، 5-7). عند الطباعة مع الخلايا الليفية 3T3، ويبين الشكل 5 نتيجة ممثل، مع الأكتين يسبب الكثير من الخلايا ليتألق، ولكن تعرض خطوط سطوع المتزايدة. إدماج الموسومة fluorescently G-الأكتين في الهيكل الخلوي هومفيدة لدراسة ديناميات هيكل الخلية وميكانيكا الخلوية. 12-15 وجود قيود من هذا الأسلوب هو أنه لا ينطبق إلا لجزيئات البروتينات، والتي لديها ما يقرب من أقطار أصغر من 10 نانومتر.
لضمان والواقع أن الخلايا التي يتم معالجتها بواسطة الطابعة تحويلها، وأضيف دابي (1:5000 في PBS) إلى bioink في مكان من نصف حجم برنامج تلفزيوني محض. ودابي فلوري وصمة عار بربط أجزاء من الأحماض الأمينية الغنية من الحمض النووي الموجود في نواة. ولذلك دابي وصمة مفيدة في نوى التصوير fluorescently من الخلايا المطبوعة. ويبين الشكل 6 صورة ممثل خلية عرض على حد سواء اليكسا فلور 488 (الأكتين) ودابي (نواة) مضان مع صورة تراكب على حد سواء. الشكل 7 يوضح أيضا كيف والخلايا يتألق مرة واحدة تم فيها دمج مونومرات G-الأكتين في حين غير البيولوجية المادية التي أودعت في العينة لن يتألق بسبب absenc(ه) من G-الأكتين مونومرات.
أحد الاعتبارات المهمة لbioprinting هو الوسط المائي تستخدم لbioink. وحيث تبين ان وسائل الاعلام باستخدام معيار نمو الخلايا مع المصل أسفرت عن نتائج غير متسقة. وهذا هو الأرجح بسبب انسداد فتحات الطباعة الرأس بواسطة بروتينات مصل الدم. زيادة استخدام برنامج تلفزيوني اتساق أنماط المطبوعة وأودع عدد من الخلايا. عيب واحد لاستخدام برنامج تلفزيوني أنه لا ينبغي أن تترك الخلايا في التعليق لفترات طويلة من الزمن. ومع ذلك، كانت الخلايا الليفية في هذه الأمثلة قادرة على تحمل الظروف bioink لمدة ساعة على الأقل مع عدم وجود تغيير في بقاء الخلية. وهذا يتفق مع النتائج قبل عدة، والتي تفيد بأن ثبت الخلايا طباعتها من خلال آليات نفث الحبر الحرارية لديها معدلات عالية الجدوى. 2-8
ويمكن استخدام هذا إعداد الطابعة تعديل لتطبيقات أخرى من الطباعة الخلية. البروتينات مصفوفة 16-22، مثل الكولاجين أو fibronectin، يمكن طباعتها بسهولة على ركائز مع هذه التقنية، التي يمكن أن تكون مفيدة لتنميط الخلية. لنوع المثال الكولاجين، وأنا المطبوعة في أنماط الخط سيؤدي إلى ركائز الكولاجين الانحياز التي يمكن استخدامها لمدة 17. في الدراسات المختبرية ثقافة خلية بالإضافة إلى مصفوفة من البروتينات، والجزيئات الأخرى، بما فيها عوامل النمو، ويمكن ترجمة بشكل صحيح على ركائز للدراسات الخلية والعلاجية التطبيقات المحتملة. 18
وجود قيود الرئيسية للتصميم هو موضح في الخطوات المذكورة أعلاه هو أن هذه الطابعة غير قادر على الطباعة في أكثر من بعد واحد. وهذا يحد من إمكانية للاستخدام في التطبيقات مثل نمط الطباعة سقالة. للسماح للطباعة 3D، والمتخصصة في مرحلة تحتاج لاستخدامه. المرحلة يحتاج الى تعديلات ارتفاع تدريجي للطبقة تلو طبقة ترسب bioink.
وقد أظهرت Bioprinting وعد كطريقة فعالة وفعالة من حيث التكلفة لهندسة الأنسجة، الجينات ترنسفكأيشن، micropatterning وميكروأري تلفيق 1-12، 16-22 والتطبيقات المستقبلية لهذا النوع من جهاز عديدة، بما في ذلك:. خلق microenvironments الخلوية تسيطر عليها ومنقوشة، دمج الجزيئات في السيتوبلازم الخلية، وترسب الخلايا على السقالات والهياكل التي لا تحدث بصورة طبيعية أو كفاءة.
ليس لدينا ما يكشف.
فإن الكتاب يود أن يقر الدكتور توماس بولاند لفكرة استخدام طابعات منضدية HP للطباعة الخلية. تمويل هذا المشروع من جبهة الخلاص الوطني RII-EPS 0903795 والمعاهد الوطنية للصحة K25 HL0922280.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| اسم كاشف | شركة | فهرس العدد | تعليقات |
| HP DESKJET 500 | هيوليت باكارد | C2106A | توقف من الشركة المصنعة. اشترى التاجر مجدد ديسمبر. |
| إتش بي 26 خرطوشة الحبر الأسود | هيوليت باكارد | 51626A | |
| الأكتين من عضلة أرنب، اليكسا فلور 488 المتقارن، 200 ميكروغرام | إينفيتروجن | A12373 | |
| التخزين المؤقت فوسفات المالحة (PBS) | النائب Biomedicals | ICN1860454 | |
| Dulbeccos معدلة النسور متوسطة (DMEM) | الحرارية العلمية | SH3002201 | |
| الأبقار مصل الجنين | سيغما الدريخ | F4135 | |
| الأمفوتريسين B | سيغما الدريخ | A2942 | تستخدم عند 0.5٪ في أوساط استزراع الخلايا |
| البنسلين الستربتوميسين | سيغما الدريخ | P4333 | تستخدم عند 0.5٪ في أوساط استزراع الخلايا |
| اتجاه ومقعد تدفق النظيفة | Envirco | VLF 797 | اختياري السكن لحفظ طابعة العقيم |
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن