Drucken Thermoresponsive Reverse-Formen für die Erstellung von Gemusterte Zweikomponenten-Hydrogele für 3D Zellkultur

Zusammenfassung

Ein bioprinter wurde verwendet, um strukturierte Hydrogele auf einem Opfer-Form zu erstellen. Das Poloxamer Form wurde mit einem zweiten Hydrogel verfüllt und dann eluiert, so dass Hohlräume, die mit einem dritten Hydrogel gefüllt wurden. Diese Methode verwendet schnelle Elution und gute Bedruckbarkeit von Poloxamers zu komplexen Architekturen aus Biopolymeren zu generieren.

Zusammenfassung

Bioprinting ist eine neue Technologie, die ihre Ursprünge in der Rapid-Prototyping-Branche hat. Die verschiedenen Druckverfahren in Kontakt Bioprinting ^1-4 (Extrusion, Dip-Pen und weiche Lithographie), kontaktlose Bioprinting ^5-7 (Vorwärtstransfer Laser-, Tintenstrahl-Abscheidung) und Laser-basierte Techniken wie Zwei-Photonen Photopolymerisation ⁸ aufgeteilt werden. Es kann für viele Anwendungen wie Tissue Engineering ^{9-13, 14-16} und Biosensor microfabrication als Instrument genutzt werden, um grundlegende biologische Fragen, wie Einflüsse von Co-Kultivierung verschiedener Zelltypen ¹⁷ beantworten. Anders als bei herkömmlichen Photolithographie oder Soft-lithographischen Methoden, hat Extrusion Bioprinting den Vorteil, dass es nicht erforderlich, eine separate Maske oder Stempel. CAD-Software verwenden, kann das Design der Struktur schnell verändert und entsprechend den Anforderungen des Betreibers eingestellt werden kann. Dies macht Bioprinting flexibler als Lithographie-basiertenAnsätze.

Hier zeigen wir, das Drucken eines Opfer-Form, um ein Multi-Material-3D-Struktur mit einer Reihe von Säulen in einem Hydrogel als Beispiel zu erstellen. Diese Säulen konnte hohlen Strukturen für eine vaskuläre Netzwerk oder die Rohre innerhalb eines Nervenleitschiene Leitung zu vertreten. Das Material für die Opferschicht Form gewählt wurde, Poloxamer 407, ein thermoresponsive Polymer mit hervorragenden Druckeigenschaften, die flüssig ist bei 4 ° C und eine feste oberhalb ihrer Geliertemperatur ~ 20 ° C 24,5% w / v Lösung ^18. Diese Eigenschaft ermöglicht die Poloxamer-basierte Opferschicht Form auf Verlangen eluiert und hat Vorteile gegenüber der langsamen Auflösung eines festen Materials besonders bei schmalen Geometrien. Poloxamer wurde am Mikroskop Glasträger gedruckt, um die Opfer-Form zu erstellen. Agarose wurde in die Form pipettiert und abgekühlt, bis die Gelierung. Nach der Elution der Poloxamer in eiskaltem Wasser wurden die Hohlräume in der Form mit Alginat Agarose Methacrylat sp gefülltiked mit FITC markiertes Fibrinogen. Die gefüllten Hohlräume wurden dann mit UV-vernetzt und das Konstrukt wurde mit einem Auflicht-Fluoreszenz-Mikroskop abgebildet.

Einleitung

Tissue Engineering Ansätze haben große Fortschritte in den letzten Jahren in Bezug auf Regeneration von menschlichen Geweben und Organen ^19,20. Doch bis jetzt hat sich der Schwerpunkt des Tissue Engineering wurden oft zu den Geweben, die eine einfache Struktur oder kleinen Abmessungen wie die Blase ^21,22 oder der Haut haben ^23-25 ​​begrenzt. Der menschliche Körper enthält jedoch viele komplexe dreidimensionale Gewebe, wo Zellen und der extrazellulären Matrix in einem räumlich definierten Weise angeordnet sind. Um diese Gewebe herzustellen, ist eine Technik erforderlich, die Zellen und der extrazellulären Matrix Gerüst in einer dreidim....

Protokoll

1. Vorbereitung des Poloxamer 407 Lösung

Falls vorhanden, führen Sie die Vorbereitung des Poloxamers Lösung in einem kalten Raum (4 ° C). Wenn nicht vorhanden, legen Sie eine Glasflasche in einem Becherglas mit eiskaltem Wasser gefüllt. Bei höheren Temperaturen wird die Poloxamers oberhalb des Gels Punkt und wird nicht richtig auflösen.

1. 60 ml eiskaltem PBS Lösung in einer Glasflasche und rühren kräftig mit einem Magnetrührer.
2. Wiegen 24,5 Gramm Poloxamer und fügen Sie ihn in kleinen Mengen, um die kalte PBS. Warten Sie, bis das Poloxamer hat teilweise, bevor Sie mehr aufgelöst.
3. Rühren Sie die Lösung bis alle ....

Ergebnisse

Die repräsentativen Ergebnisse zeigen, dass die Rückform Technik (dargestellt in Abbildung 2) wird eine strukturierte Gel, das mit einem zweiten Material gefüllt werden können. Zu Beginn eines jeden Druckvorgang die Druckparameter werden zunächst optimiert. Stufenweise Anpassung der Parameter werden in gedruckter vielschichtigen Konstrukte in Abbildung 3 und Abbildung 4, wenn einzelne Zeilen gedruckt dargestellt führen. Wenn die Schichtdicke (die Nadelhub nach einer bed.......

Diskussion

Hier stellen wir zum ersten Mal die Verwendung eines thermosensitiven Polymeren nach einem Opfer-Form, die sich schnell in kaltem Wasser kann durch die Gel-Sol-Übergang von Poloxamer von ~ 20 ° C eluiert Die Geschwindigkeit des gesamten Prozesses macht Poloxamers interessant für die schnelle Erstellung von Biopolymer Strukturen, die nicht mit ausreichender Auflösung gedruckt werden kann. Die hier beschriebene Technik kann zur Strukturierung eines Hydrogels in einem anderen Hydrogel oder für die Erstellung von mikrofluid.......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
REAGENTS
Poloxamer (Pluronic F127)	Sigma	P2443
PBS	Invitrogen	10010-015CAD-Software
	regenHU	BioCAD
Alginatmethacrylat	Innovent e.V Technologieentwicklung Jena		Synthetisiert von Innovent für das FP7 Projekt Nr NMP4-SL-2009-229292
Fibrinogen aus menschlichem Plasma, Alexa Fluor 488 Konjugat	Invitrogen	F13191
Lithiumphenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinat (LAP)	Innovent e.V Technologieentwicklung Jena		Synthetisiert von Innovent für das FP7 Projekt Nr NMP4-SL-2009-229292
Agarose	Lonza	50004
EQUIPMENT
Bioprinter	regenHU	Biofactory
Ventil	regenHU	300 μ m Nozzel Durchmesser
Nadel	regenHU	150 μ m Innendurchmesser
Zeiss Axioobserver mit ApoTome	Zeiss
UV-Lichtquelle	UVP	Blak-Ray B-100AP High Intensity UV-Lampe	100 W