Name: 3D-Bioprinting von phototunbaren Hydrogelen zur Untersuchung der Fibroblastenaktivierung (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-06-30T12:20:00.000+00:00
Duration: 7 min 17 s
Description: Erfahren Sie 3D-Bioprinting phototunbarer Hydrogel zur Untersuchung der Fibroblastenaktivierung. Diese Methode ermöglicht die Modellierung von Lungengewebe und die Analyse mechanischer Eigenschaften bei chronischen Lungenerkrankungen.

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Die Autoren bedanken sich bei Dr. Adam Feinberg (Carnegie Mellon University) und den Gastgebern des Open-Source-Workshops zum Thema 3D-Bioprinting. Diese Personen ermöglichten es, die Techniken des FRESH-Bioprintings zu erlernen und den 3D-Biodrucker zu bauen, der für diese Studien verwendet wurde. Darüber hinaus möchten die Autoren Biorender.com würdigen, die für die Herstellung von Abbildungen in diesem Manuskript verwendet wurden. Diese Arbeit wurde von mehreren Gruppen oder Finanzierungsquellen unterstützt, darunter die Rose Community Foundation (DDH und CMM), ein Colorado Pulmonary Vascular Disease Research Award (DDH und CMM), die National Science Foundation unter Award 1941401 (CMM), das Department of the Army unter dem Award W81XWH-20-1-0037 (CMM), das National Cancer Institute der NIH unter dem Award R21 CA252172 (CMM), das Ludeman Family Center for Women's Health Research am Anschutz Medical Campus der University of Colorado (DDH und CMM), das National Heart, Lung, and Blood Institute der National Institutes of Health unter den Auszeichnungen R01 HL080396 (CMM), R01 HL153096 (CMM), F31 HL151122 (DDH) und T32 HL072738 (DDH und AT).

Photoabstimmbare biogedruckte Hydrogele zur Untersuchung zellulärer Reaktionen auf ECM-Versteifung

<ol><li>Ahrens, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Programming+cellular+alignment+in+engineered+cardiac+tissue+via+bioprinting+anisotropic+organ+building+blocks%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Programming cellular alignment in engineered cardiac tissue via bioprinting anisotropic organ building blocks.</a> Advanced Materials. 34 (26), e2200217(2022).</li>
<li>Lin, N. Y. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Renal+reabsorption+in+3D+vascularized+proximal+tubule+models%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Renal reabsorption in 3D vascularized proximal tubule models.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 116 (12), 5399-5404 (2019).</li>
<li>Grigoryan, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multivascular+networks+and+functional+intravascular+topologies+within+biocompatible+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Multivascular networks and functional intravascular topologies within biocompatible hydrogels.</a> Science. 364 (6439), 458-464 (2019).</li>
<li>Kang, Y., Datta, P., Shanmughapriya, S., Ozbolat, I. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+bioprinting+of+tumor+models+for+cancer+research%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Biomaterials%22%5BJournal%5D)">3D bioprinting of tumor models for cancer research.</a> ACS Applied Biomaterials. 3 (9), 5552-5573 (2020).</li>
<li>Davis-Hall, D., Thomas, E., Pena, B., Magin, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D-bioprinted%2C+phototunable+hydrogel+models+for+studying+adventitial+fibroblast+activation+in+pulmonary+arterial+hypertension%5BTitle%5D)+AND+%22Biofabrication%22%5BJournal%5D)">3D-bioprinted, phototunable hydrogel models for studying adventitial fibroblast activation in pulmonary arterial hypertension.</a> Biofabrication. 15 (1), (2022).</li>
<li>Mirdamadi, E., Tashman, J. W., Shiwarski, D. J., Palchesko, R. N., Feinberg, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((FRESH+3D+bioprinting+of+a+full-size+model+of+the+human+heart%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Biomaterials+Science+%26+Engineering%22%5BJournal%5D)">FRESH 3D bioprinting of a full-size model of the human heart.</a> ACS Biomaterials Science & Engineering. 6 (11), 6453-6459 (2020).</li>
<li>Shiwarski, D. J., Hudson, A. R., Tashman, J. W., Feinberg, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Emergence+of+FRESH+3D+printing+as+a+platform+for+advanced+tissue+biofabrication%5BTitle%5D)+AND+%22APL+Bioengineering%22%5BJournal%5D)">Emergence of FRESH 3D printing as a platform for advanced tissue biofabrication.</a> APL Bioengineering. 5 (1), 010904(2021).</li>
<li>Petrou, C. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clickable+decellularized+extracellular+matrix+as+a+new+tool+for+building+hybrid+hydrogels+to+model+chronic+fibrotic+diseases+in+vitro%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Chemistry+B%22%5BJournal%5D)">Clickable decellularized extracellular matrix as a new tool for building hybrid hydrogels to model chronic fibrotic diseases in vitro.</a> Journal of Materials Chemistry B. 8 (31), 6814-6826 (2020).</li>
<li>Hewawasam, R. S., Blomberg, R., Serbedzija, P., Magin, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chemical+modification+of+human+decellularized+extracellular+matrix+for+incorporation+into+phototunable+hybrid+hydrogel+models+of+tissue+fibrosis%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Chemical modification of human decellularized extracellular matrix for incorporation into phototunable hybrid hydrogel models of tissue fibrosis.</a> ACS Applied Materials & Interfaces. 15 (12), 15071-15083 (2023).</li>
<li>Saleh, K. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Engineering+hybrid+hydrogels+comprised+healthy+or+diseased+decellularized+extracellular+matrix+to+study+pulmonary+fibrosis%5BTitle%5D)+AND+%22Cellular+and+Molecular+Bioengineering%22%5BJournal%5D)">Engineering hybrid hydrogels comprised healthy or diseased decellularized extracellular matrix to study pulmonary fibrosis.</a> Cellular and Molecular Bioengineering. 15 (5), 505-519 (2022).</li>
<li>Guvendiren, M., Burdick, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stiffening+hydrogels+to+probe+short-+and+long-term+cellular+responses+to+dynamic+mechanics%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Stiffening hydrogels to probe short- and long-term cellular responses to dynamic mechanics.</a> Nature Communications. 3, 792(2012).</li>
<li>Rosales, A. M., Vega, S. L., DelRio, F. W., Burdick, J. A., Anseth, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrogels+with+reversible+mechanics+to+probe+dynamic+cell+microenvironments%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition+English%22%5BJournal%5D)">Hydrogels with reversible mechanics to probe dynamic cell microenvironments.</a> Angewandte Chemie International Edition English. 56 (40), 12132-12136 (2017).</li>
<li>Wynn, T. A., Ramalingam, T. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanisms+of+fibrosis%3A+therapeutic+translation+for+fibrotic+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Medicine%22%5BJournal%5D)">Mechanisms of fibrosis: therapeutic translation for fibrotic disease.</a> Nature Medicine. 18 (7), 1028-1040 (2012).</li>
<li>Huertas, A., Tu, L., Humbert, M., Guignabert, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chronic+inflammation+within+the+vascular+wall+in+pulmonary+arterial+hypertension%3A+more+than+a+spectator%5BTitle%5D)+AND+%22Cardiovascular+Research%22%5BJournal%5D)">Chronic inflammation within the vascular wall in pulmonary arterial hypertension: more than a spectator.</a> Cardiovascular Research. 116 (5), 885-893 (2020).</li>
<li>Kendall, R. T., Feghali-Bostwick, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fibroblasts+in+fibrosis%3A+novel+roles+and+mediators%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Pharmacology%22%5BJournal%5D)">Fibroblasts in fibrosis: novel roles and mediators.</a> Frontiers in Pharmacology. 5, 123(2014).</li>
<li>Parker, M. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fibrotic+extracellular+matrix+activates+a+profibrotic+positive+feedback+loop%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Clinical+Investigation%22%5BJournal%5D)">Fibrotic extracellular matrix activates a profibrotic positive feedback loop.</a> The Journal of Clinical Investigation. 124 (4), 1622-1635 (2014).</li>
<li>Habiel, D. M., Hogaboam, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heterogeneity+in+fibroblast+proliferation+and+survival+in+idiopathic+pulmonary+fibrosis%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Pharmacology%22%5BJournal%5D)">Heterogeneity in fibroblast proliferation and survival in idiopathic pulmonary fibrosis.</a> Frontiers in Pharmacology. 5, 2(2014).</li>
<li>Hu, C. J., Zhang, H., Laux, A., Pullamsetti, S. S., Stenmark, K. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanisms+contributing+to+persistently+activated+cell+phenotypes+in+pulmonary+hypertension%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Physiology%22%5BJournal%5D)">Mechanisms contributing to persistently activated cell phenotypes in pulmonary hypertension.</a> The Journal of Physiology. 597 (4), 1103-1119 (2019).</li>
<li>Li, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Emergence+of+fibroblasts+with+a+proinflammatory+epigenetically+altered+phenotype+in+severe+hypoxic+pulmonary+hypertension%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Immunology%22%5BJournal%5D)">Emergence of fibroblasts with a proinflammatory epigenetically altered phenotype in severe hypoxic pulmonary hypertension.</a> The Journal of Immunology. 187 (5), 2711-2722 (2011).</li>
<li>Hinton, T. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+printing+of+complex+biological+structures+by+freeform-reversible+embedding+of+suspended+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Advances%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional printing of complex biological structures by freeform-reversible embedding of suspended hydrogels.</a> Science Advances. 1 (9), e1500758(2015).</li>
<li>Brown, T. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Secondary+photocrosslinking+of+click+hydrogels+to+probe+myoblast+mechanotransduction+in+three+dimensions%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Secondary photocrosslinking of click hydrogels to probe myoblast mechanotransduction in three dimensions.</a> Journal of the American Chemical Society. 140 (37), 11585-11588 (2018).</li>
<li>Ondeck, M. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamically+stiffened+matrix+promotes+malignant+transformation+of+mammary+epithelial+cells+via+collective+mechanical+signaling%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Dynamically stiffened matrix promotes malignant transformation of mammary epithelial cells via collective mechanical signaling.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 116 (9), 3502-3507 (2019).</li>
<li>Caliari, S. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stiffening+hydrogels+for+investigating+the+dynamics+of+hepatic+stellate+cell+mechanotransduction+during+myofibroblast+activation%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Stiffening hydrogels for investigating the dynamics of hepatic stellate cell mechanotransduction during myofibroblast activation.</a> Scientific Reports. 6, 21387(2016).</li>
<li>Liu, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Feedback+amplification+of+fibrosis+through+matrix+stiffening+and+COX-2+suppression%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Cell+Biology%22%5BJournal%5D)">Feedback amplification of fibrosis through matrix stiffening and COX-2 suppression.</a> Journal of Cell Biology. 190 (4), 693-706 (2010).</li>
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<li>Chelladurai, P., Seeger, W., Pullamsetti, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Matrix+metalloproteinases+and+their+inhibitors+in+pulmonary+hypertension%5BTitle%5D)+AND+%22European+Respiratory+Journal%22%5BJournal%5D)">Matrix metalloproteinases and their inhibitors in pulmonary hypertension.</a> European Respiratory Journal. 40 (3), 766-782 (2012).</li>
<li>Caracena, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Alveolar+epithelial+cells+and+microenvironmental+stiffness+synergistically+drive+fibroblast+activation+in+three-dimensional+hydrogel+lung+models%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials+Science%22%5BJournal%5D)">Alveolar epithelial cells and microenvironmental stiffness synergistically drive fibroblast activation in three-dimensional hydrogel lung models.</a> Biomaterials Science. 10 (24), 7133-7148 (2022).</li>
<li>Ruskowitz, E. R., DeForest, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Proteome-wide+analysis+of+cellular+response+to+ultraviolet+light+for+biomaterial+synthesis+and+modification%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Biomaterials+Science+%26+Engineering%22%5BJournal%5D)">Proteome-wide analysis of cellular response to ultraviolet light for biomaterial synthesis and modification.</a> ACS Biomaterials Science & Engineering. 5 (5), 2111-2116 (2019).</li>
<li>Kruse, C. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+pH+on+cell+viability%2C+cell+migration%2C+cell+proliferation%2C+wound+closure%2C+and+wound+reepithelialization%3A+In+vitro+and+in+vivo+study%5BTitle%5D)+AND+%22Wound+Repair+and+Regeneration%22%5BJournal%5D)">The effect of pH on cell viability, cell migration, cell proliferation, wound closure, and wound reepithelialization: In vitro and in vivo study.</a> Wound Repair and Regeneration. 25 (2), 260-269 (2017).</li>
<li>Filippi, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Perfusable+biohybrid+designs+for+bioprinted+skeletal+muscle+tissue%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Healthcare+Materials%22%5BJournal%5D)">Perfusable biohybrid designs for bioprinted skeletal muscle tissue.</a> Advanced Healthcare Materials. , e1500758(2023).</li>
<li>Matthiesen, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Astrocyte+3D+culture+and+bioprinting+using+peptide-functionalized+hyaluronan+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Science+and+Technology+of+Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Astrocyte 3D culture and bioprinting using peptide-functionalized hyaluronan hydrogels.</a> Science and Technology of Advanced Materials. 24 (1), 2165871(2023).</li>
<li>Xu, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bioprinting+a+skin+patch+with+dual-crosslinked+gelatin+%28GelMA%29+and+silk+fibroin+%28SilMA%29%3A+An+approach+to+accelerating+cutaneous+wound+healing%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Today+Bio%22%5BJournal%5D)">Bioprinting a skin patch with dual-crosslinked gelatin (GelMA) and silk fibroin (SilMA): An approach to accelerating cutaneous wound healing.</a> Materials Today Bio. 18, 100550(2023).</li>
<li>Bliley, J. M., Shiwarski, D. J., Feinberg, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D-bioprinted+human+tissue+and+the+path+toward+clinical+translation%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Translational+Medicine%22%5BJournal%5D)">3D-bioprinted human tissue and the path toward clinical translation.</a> Science Translational Medicine. 14 (666), eabo7047(2022).</li>
</ol>

Die Autoren haben keine Interessenkonflikte offenzulegen. Teile dieses Manuskripts werden mit Genehmigung von © IOP Publishing https://doi.org/10.1088/1758-5090/aca8cf reproduziert. 5 Alle Rechte vorbehalten.

Zweistufige Polymerisationsreaktionen als Reaktion auf kontrollierte Lichtexposition können Biomaterialien räumlich und zeitlich kontrollierend versteifen. Mehrere Studien haben diese Technik genutzt, um Zell-Matrix-Interaktionen auf verschiedenen Plattformen zu bewerten 5,8,9,10,11,21,22,23.</sup...

3D-Bioprinting ist eine transformative Technologie, die es Forschern ermöglicht, Zellen und Biomaterialien präzise in 3D-Volumina abzulegen und die komplexe hierarchische Struktur biologischer Gewebe nachzubilden. In den letzten zehn Jahren haben Fortschritte im 3D-Bioprinting schlagendes menschliches Herzgewebe1, Funktionsmodelle von Nierengewebe2, Modelle des Gasaustauschs in der Lunge3 und Tumormodelle für die Krebsforschung4 hervorgebracht. Die Erfindung eingebetteter 3D-Bioprinting-Techniken, wie z. B. das Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogel (FRESH) Bioprinting, hat es ermöglicht, komplexe Weichteilstrukturen wie Lungenblutgefäße5 und sogar das menschliche Herz6 in 3D zu reproduzieren. Der FRESH 3D-Biodruck ermöglicht den schichtweisen Druck von weichen und niedrigviskosen Biotinten durch Extrusion in ein scherverdünnendes Stützbad. Das Trägerbad besteht aus einem Material, wie z. B. dicht gepackten Gelatine-Mikropartikeln, die als Bingham-Kunststoff fungieren und die beabsichtigte Form und Struktur der Biotinte nach dem Druck beibehalten. Sobald das gedruckte Konstrukt erstarrt ist, kann das Stützbad durch Erhöhung der Temperatur auf 37 °Cweggelöst werden 7.
In einem kürzlich erschienenen Übersichtsartikel wurden die Materialien zusammengefasst, die in verschiedenen Publikationen mit der FRESH-Technik in 3D biogedruckt wurden. Diese natürlich gewonnenen Materialien reichen von Kollagen Typ I bis hin zu methacrylierter Hyaluronsäure und repräsentieren verschiedene Gelierungsmechanismen7. Die meisten Forschungsstudien, die mit dieser 3D-Bioprinting-Technik durchgeführt werden, verwenden statische Biomaterialien, die sich als Reaktion auf äußere Reize nicht verändern. Dynamische, phototunbare Hydrogel-Biomaterialien wurden von unserem Labor und anderen 8,9,10,11,12 verwendet, um eine Vielzahl von fibrotischen Erkrankungen zu modellieren. Im Gegensatz zu statischen Biomaterialien ermöglichen phototunable Biotinten die Erstellung eines weichgezeichneten Modells mit niedrigerem Elastizitätsmodulwert und späterer Versteifung, um zelluläre Reaktionen auf eine Zunahme der Versteifung der Mikroumgebung zu untersuchen.
Fibrotische Erkrankungen sind gekennzeichnet durch eine Zunahme der Produktion der extrazellulären Matrix, die zu Narbenbildung und Versteifung führen kann13. Eine Versteifung des Gewebes kann weitere Verletzungen und Zerstörungen des betroffenen Gewebes auslösen, was zu dauerhaften Organschäden und sogar zum Tod führen kann. Fibrotische Erkrankungen sind weltweit für ein Drittel der Sterblichkeit verantwortlich. Fibroblasten produzieren in diesem Krankheitszustand überschüssige und abnorme extrazelluläre Matrix14,15. Erhöhte Fibroblastenproliferation und extrazelluläre Matrixablagerung versteifen das Gewebe weiter und aktivieren eine profibrotische positive Rückkopplungsschleife16,17,18,19. Die Untersuchung der Aktivierung von Fibroblasten ist für das Verständnis fibrotischer Erkrankungen von entscheidender Bedeutung. Hier stellen wir die humane pulmonale arterielle Hypertonie (PAH) als Beispiel für eine fibrotische Erkrankung vor, bei der es wichtig ist, die 3D-Geometrie des Blutgefäßes mittels 3D-Bioprinting nachzuahmen und die dynamischen Versteifungsfähigkeiten von phototunbaren Hydrogelen vorzustellen. PAH ist eine Erkrankung, bei der der Druck in den Hauptpulmonalarterien über das normale Niveau hinausgeht und das Herz belastet, wodurch die Aktivierung der adventitialen Fibroblasten der menschlichen Lungenarterie (HPAAF) erhöht und das Blutgefäßgewebe versteiftwird 16,17,18,19. Eine phototunbare Poly(ethylenglykol)-alpha-methacrylat (PEGαMA)-Biotintenformulierung ermöglicht eine zeitliche Versteifung in Konstrukten und hilft bei der Modellierung von gesundem Gewebe und dem Fortschreiten der Krankheit 5,8,9,10. Die Ausnutzung dieser einzigartigen Eigenschaft ermöglicht die Quantifizierung der HPAAF-Aktivierung und -Proliferation als Reaktion auf die Versteifung der Mikroumgebung in 3D und könnte wertvolle Einblicke in die zellulären Mechanismen liefern, die an dieser Krankheit beteiligt sind. Das hier beschriebene Protokoll wird es den Forschern ermöglichen, 3D-Modelle zu erstellen, die Veränderungen in der extrazellulären Mikroumgebung während des Fortschreitens der Krankheit oder der Gewebereparatur rekapitulieren und die Aktivierung von Fibroblasten untersuchen.

<table><tbody><tr><td>AccuMax Radiometer/Photometer Kit</td><td>Spectronics Corporation</td><td>XPR-3000</td><td>Zur Messung der Lichtintensität, wird zur Photoversteifung</td></tr><tr><td>von Essigsäure verwendet&nbsp;</td><td>Fisher Scientific</td><td>BP2401-500</td><td>Wird während der PEGaMA-Synthese verwendet</td></tr><tr><td>Aceton</td><td>Fisher Scientific</td><td>A184</td><td>Wird mit den Kryosektionen</td></tr><tr><td>ActinGreen 488 ReadyProbes</td> verwendet <td>Fisher Scientific</td><td>R37110</td><td>Wird zum Färben</td></tr><tr><td>von Aluminiumfolie</td><td>verwendet Reynolds</td><td>F28028</td><td></td></tr><tr><td>Wasserfreies Tetrahydrofuran (THF)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>401757-1L</td><td>Verwendet während der PEGaMA-Synthese</td></tr><tr><td>Argon-Druckgas</td><td></td><td>Airgas AR R300</td><td>Wird während der PEGaMA-Synthese</td></tr><tr><td>verwendet 8 Arm Poly(ethylenglykol)-hydroxyl (PEG-OH)</td><td>JenKem Technology</td><td>8ARM-PEG-10K</td><td>Wird während der PEGaMA-Synthese verwendet</td></tr><tr><td>365 nm Bandpassfilter</td><td>Edmund Optics</td><td>65-191</td><td>Wird zur Photoversteifung</td></tr> von <tr><td>Rinderserumalbumin (BSA) verwendetFisher</td> <td>Scientific</td><td>BP9700-100</td><td>Wird während des Färbeprozesses verwendet</td></tr><tr><td>Buchner Funnel</td><td>Quark Glass</td><td>QFN-8-14</td><td>Wird während der PEGaMA-Synthese verwendet</td></tr><tr><td>Calcein AM</td><td>Invitrogen</td><td>65-0853-39</td><td>Wird während des Färbeprozesses</td></tr><tr><td>verwendet Celite 545 (Filtrationshilfsmittel)</td><td>EMD Millipore</td><td>CX0574-1</td><td>Wird während der PEGaMA-Synthese</td></tr><tr><td>verwendet Geladene Objektträger</td><td>Globe Scientific</td><td>1358W</td><td></td></tr><tr><td>Chloroform-d</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>151823-10X0,75ML</td><td>Zur Charakterisierung von PEGaMA</td></tr><tr><td>Click-iT Plus EdU Zellproliferationskit</td><td>Invitrogen</td><td>C10637</td><td>Zur Färbung von</td></tr><tr><td>konischen 50-ml-Röhrchen</td><td>CELLTREAT</td><td>667050B</td><td></td></tr><tr><td>Kryogenes Sicherheitskit</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-25000-85</td><td></td></tr><tr><td>Kryostat</td><td>Leica</td><td>CM 1850-3-1</td><td></td></tr><tr><td>Dialyseschlauch</td><td>Repligen</td><td>132105</td><td></td></tr><tr><td>4',6-Diamidino-2-Phylindole (DAPI)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D9542-1MG</td><td>Zur Färbung</td></tr> von <tr><td>Diethylether</td><td>Fisher Scientific</td><td>E1384</td><td>Zur Verwendung bei der PEGaMA-Synthese</td></tr><tr><td>von 1,4-Dithiothreitol (DTT)&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>10197777001</td><td>Bioink-Komponente</td></tr><tr><td>Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM)</td><td>Cytiva</td><td>SH30271. </td><td></td>FS</tr><tr><td>Filterpapier</td><td>Whatman</td><td>1001-090</td><td>Wird während der PEGaMA-Synthese verwendet</td></tr><tr><td>Freezone 2,5 l Freeze Dry System</td><td>Labconco</td><td>LA-2.5LR</td><td>Lyophilizer</td></tr><tr><td>Fusion 360</td><td>Autodesk</td><td>N/A</td><td>Software-Download</td></tr><tr><td>2,5 mL Gasdichte Spritze</td><td>Hamilton</td><td>81420</td><td>Wird für Bioprinting</td></tr><tr><td>verwendet 15 Gauge 1,5" IT Serie Tipp</td><td>Jensen Global</td><td>JG15-1.5X</td><td>Wird für Bioprinting</td></tr><tr><td>verwendet 30 Gauge 0,5" HP Serie Tipp</td><td>Jensen Global</td><td>JG30-0.5HPX</td><td>Wird für Bioprinting</td></tr><tr><td>verwendet Ziege Anti-Maus Alexa Fluor 555 Antikörper</td><td>Fisher Scientific</td><td>A21422</td><td>Wird zum Färben</td></tr> von <tr><td>Glycin</td> verwendet <td>Fisher Scientific</td><td>C2H5NO2</td><td>Wird während des Färbeprozesses verwendet</td></tr><tr><td>Hämozytometer</td><td>Fisher Scientific</td><td>1461</td><td></td></tr><tr><td>Hoechst</td><td>Thermo Scientific</td><td>62249</td><td>Wird während des Färbeprozesses</td></tr> verwendet <tr><td>Adventitialfibroblasten (HPAAFs) der menschlichen LungenarterieAcceGen</td><td></td> <td>ABC-TC3773&nbsp;</td><td>Von einem 2-jährigen männlichen Patienten</td></tr><tr><td>Salzsäure (HCl)</td><td>Fisher Scientific</td><td>A144-500</td><td>Zur Einstellung des pH-Werts von Lösungen</td></tr><tr><td>ImageJ</td><td>National Institutes of Health (NIH)</td><td>N/A</td><td>Kostenloser Software-Download</td></tr><tr><td>ImmEdge&reg; Pen</td><td>Vector Laboratories</td><td>H-4000</td><td>Wird während des Färbeprozesses verwendet</td></tr><tr><td>Inkubator VWR</td><td></td><td>VWR51014991</td><td></td></tr><tr><td>LifeSupport Gelatine Mikropartikelaufschlämmung (Gelatineaufschlämmung)</td><td>Advanced Biomatrix</td><td>5244-10GM</td><td>Wird für das Bioprinting</td></tr><tr><td>verwendet Lichtmikroskop</td><td>Olympus</td><td>CKX53</td><td>Inverses Lichtmikroskop</td></tr><tr><td>Lithiumphenyl-2,4,6-Trimethylbenzoylphosphinat ( LAP</td><td>)Sigma-Aldrich</td><td>900889-5G</td><td>Photoinitiator zur Absteifung</td></tr> von <tr><td>Flüssigstickstoff</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>LulzBot Mini 2&nbsp;</td><td>LulzBot</td><td>N/A</td><td>Bioprinter angepasst</td></tr><tr><td>Methacryloxyethyl Thiocarbamoyl Rhodamin B&nbsp;</td><td>Polysciences Inc.</td><td>669775-30-8</td><td></td></tr><tr><td>2-Methylbutan</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M32631-4L</td><td></td></tr><tr><td>Microman Kapillarkolben CP1000</td><td>VWR</td><td>76178-166</td><td>Pipettenspitzen mit positiver Verdrängung</td></tr><tr><td>MMP2 Abbaubarer Vernetzer (KCGGPQGIWGQGCK)</td><td>GL Biochem</td><td>N/A</td><td>Bioink-Komponente</td></tr><tr><td>Maus Anti-Human &alpha;SMA Monoklonaler Antikörper</td><td>Fisher Scientific</td><td>MA5-11547</td><td>Wird zum Färben verwendet</td></tr><tr><td>OmniCure Serie 2000</td><td>&nbsp; Lumen Dynamics</td><td>S2000-XLA</td><td>UV-Lichtquelle zur Photoversteifung</td></tr><tr><td>von Paraformaldehyd (PFA)</td><td>Elektronenmikroskopie Wissenschaften</td><td>15710</td><td>Wird verwendet, um Proben zu fixieren</td></tr><tr><td>pH-Messgerät</td><td>Mettler Toledo&nbsp;</td><td>RP20&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>pH-Streifen</td><td>Cytiva</td><td>10362010</td><td></td></tr><tr><td>phosphatgepufferte Kochsalzlösung (PBS)</td><td>Hyclone Laboratories, Inc.</td><td>Cytiva SH30256. </td><td></td>FS</tr><tr><td>Pipettenset</td><td>Fisher Scientific</td><td>14-388-100</td><td></td></tr><tr><td>10 & micro; L Pipettenspitzen</td><td>USA Scientific</td><td>1120-3710</td><td></td></tr><tr><td>20 &micro; L Pipettenspitzen</td><td>USA Scientific</td><td>1183-1510</td><td></td></tr><tr><td>200 &micro; L Pipettenspitzen</td><td>USA Scientific</td><td>1111-0700</td><td></td></tr><tr><td>1000 &micro; L Pipettenspitzen</td><td>USA Scientific</td><td>1111-2721</td><td></td></tr><tr><td>Poly(ethylenglykol)-alpha-Methacrylat (PEG&alpha; MA)</td><td>N/A</td><td>N/A</td> Für <td>die Syntheseschritte siehe Manuskript</td></tr> Poly<tr><td>(ethylenoxid) (PEO)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>372773-250G</td><td>Bioink-Komponente</td></tr><tr><td>Verdrängerpipette</td><td>Fisher Scientific</td><td>FD10004G</td><td>100-1000 &micro; L</td></tr><tr><td>Kaliumhydroxid (KOH)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>221473-500G</td><td>Wird zur pH-Einstellung von Lösungen</td></tr><tr><td>verwendet ProLong Gold Antifade Reagenz</td><td>Invitrogen</td><td>P36930</td><td>Wird während des Färbeprozesses</td></tr><tr><td>verwendet Pronterface</td><td>All3DP N</td><td>/A</td><td>Software download</td></tr><tr><td>Propidium Iodid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P4864-10ML</td><td>Wird zum Färben von</td></tr><tr><td>RGD-Peptid (CGRGDS)</td> verwendet<td>GL Biochem</td><td>N/A</td><td>Bioink Komponente</td></tr><tr><td>Wippe</td><td>VWR</td><td>10127-876</td><td></td></tr><tr><td>Rotationsverdampfer&nbsp;</td><td>Thomas Scientific</td><td>11100V2022</td><td>Wird während der PEGaMA-Synthese</td></tr><tr><td>verwendet Gummibandklammern</td><td></td><td>808659</td><td></td></tr><tr><td>Schlenk Flask&nbsp;</td><td>Kemtech America</td><td>F902450</td><td>Wird während der PEGaMA-Synthese verwendet</td></tr><tr><td>Slic3r</td><td>Slic3r</td><td>N/A</td><td>Software-Download</td></tr><tr><td>Smooth Muscle Cell Growth Medium-2 (SmGM-2) BulletKit</td><td>Lonza</td><td>CC-3182</td><td>Kit enthält CC-3181 und CC-4149 Komponenten</td></tr><tr><td>Natriumhydrid&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>223441-50G</td><td>Wird bei der PEGaMA-Synthese verwendet</td></tr><tr><td>Sorvall ST 40R Zentrifuge</td><td>Fisher Scientific</td><td>75-004-525</td><td></td></tr><tr><td>Rührstab</td><td>VWR</td><td>58948-091</td><td></td></tr><tr><td>Spritzenfilter</td><td>VWR</td><td>28145-483</td><td>Wird zum Sterilisieren von Filterlösungen</td></tr><tr><td>verwendet T-75 Gewebekultivierter behandelter Kolben</td><td>VWR</td><td>82050-856</td><td>Wird für Zellkulturarbeiten verwendet</td></tr><tr><td>Tissue-Tek Cyromold</td><td>Sakura</td><td>4557</td><td></td></tr><tr><td>Tissue-Tek O.C.T. Compound (OCT)</td><td>Sakura</td><td>4583</td><td></td></tr><tr><td>Tris(2-Carboxyethyl)phosphin (TCEP)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>C4706-2G</td><td></td></tr><tr><td>Triton X-100</td><td>Fisher Bioreagents</td><td>C34H622O11</td><td>Wird während des Färbeprozesses verwendet</td></tr><tr><td>Trypanblau</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>T8154-20ML</td><td>Wird für die Zellkultur verwendet Arbeit</td></tr><tr><td>0,05 % Trypsin-EDTA</td><td>Gibco</td><td>25-300-062</td><td>Wird für Zellkulturarbeiten</td></tr><tr><td>verwendet Tween 20</td><td>Fisher Bioreagents</td><td>C58H114O26</td><td>Wird während des Färbeprozesses</td></tr><tr><td>verwendet Aufrechtes Mikroskop</td><td>Olympus</td><td>BX63F</td><td>Fluoreszierendes Mikroskop Fähigkeiten</td></tr><tr><td>Wasserbad</td><td>PolyScience</td><td>WBE20A11B</td><td></td></tr><tr><td>24-Well-Gewebekulturplatten</td><td>Corning</td><td>3527</td><td></td></tr></tbody></table> kg

3d-bioprinting von phototunbaren hydrogelen zur untersuchung der fibroblastenaktivierung

3D Bioprinting Phototunable Hydrogels to Study Fibroblast Activation

Phototunbare Hydrogele können sich als Reaktion auf Lichteinwirkung räumlich und zeitlich verändern. Die Integration dieser Art von Biomaterialien in Zellkulturplattformen und das dynamische Auslösen von Veränderungen, wie z. B. die Erhöhung der Steifigkeit der Mikroumgebung, ermöglicht es den Forschern, Veränderungen in der extrazellulären Matrix (EZM) zu modellieren, die während des Fortschreitens der fibrotischen Erkrankung auftreten. Hierin wird ein Verfahren zum 3D-Bioprinting eines phototunbaren Hydrogel-Biomaterials vorgestellt, das in der Lage ist, zwei aufeinanderfolgende Polymerisationsreaktionen innerhalb eines Gelatineträgerbades durchzuführen. Die Technik des FRESH-Bioprintings (Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels) wurde angepasst, indem der pH-Wert des Stützbades angepasst wurde, um eine Michael-Additionsreaktion zu ermöglichen. Zunächst wurde die Biotinte, die Poly(ethylenglykol)-alphamethacrylat (PEGαMA) enthielt, außerhalb der Stöchiometrie mit einem zellabbaubaren Vernetzer umgesetzt, um weiche Hydrogele zu bilden. Diese weichen Hydrogele wurden später Photoinitator und Licht ausgesetzt, um die Homopolymerisation nicht umgesetzter Gruppen zu induzieren und das Hydrogel zu versteifen. Dieses Protokoll umfasst die Hydrogelsynthese, das 3D-Bioprinting, die Photoversteifung und die Charakterisierung von Endpunkten zur Beurteilung der Fibroblastenaktivierung in 3D-Strukturen. Die hier vorgestellte Methode ermöglicht es Forschern, eine Vielzahl von Materialien, die pH-katalysierten Polymerisationsreaktionen durchlaufen, in 3D zu drucken und könnten zur Entwicklung verschiedener Modelle der Gewebehomöostase, -krankheit und -reparatur eingesetzt werden.

Dieses Protokoll beschreibt, wie phototunbare Hydrogele in einem Trägerbad in 3D biogedruckt werden, um Konstrukte zu erstellen, die in der Lage sind, dynamisch und zeitlich versteift zu werden, um die Fibroblastenaktivierung in Geometrien zu untersuchen, die menschliches Gewebe nachahmen. Zunächst erklärte das Protokoll, wie PEGαMA, das Rückgrat dieses photoabstimmbaren Polymersystems, synthetisiert wird. Kernspinresonanzspektroskopie-Messungen (NMR) zeigten eine erfolgreiche PEGαMA-Funktionalisierung bei 96,5 % (<stron...

In diesem Artikel wird beschrieben, wie phototunbare Hydrogele in 3D biogedruckt werden, um die Versteifung der extrazellulären Matrix und die Aktivierung von Fibroblasten zu untersuchen.

3D-Bioprinting von phototunbaren Hydrogelen zur Untersuchung der Fibroblastenaktivierung

Phototunable hydrogels can transform spatially and temporally in response to light exposure. Incorporating these types of biomaterials in cell-culture ...

Wir haben 3D-Modelle von Lungengewebe entwickelt, um der Welt zu helfen, leichter zu atmen. Unsere Mission ist es, 3D-Biomaterialien und Techniken wie den 3D-Druck zu nutzen, um Plattformen aufzubauen, die uns helfen zu verstehen, was chronische Lungenerkrankungen verursacht und wie wir diese Erkrankungen besser behandeln können. Eine experimentelle Herausforderung in unserer Forschung ist die Schwierigkeit, weiche Materialien in komplexe Formen zu drucken.Wir legen Zellen präzise ab, indem wir unser Biotinten- und Gewebeverdünnungs-Stützbad drucken, das dazu beiträgt, ihre Form während des Druckprozesses zu erhalten. Unsere Biomaterialien ermöglichen die Kontrolle über die mechanischen Eigenschaften der Probe während des gesamten Experimentverlaufs. Diese Formulierung ermöglicht es Forschern, Zellen in einem Hydrogel zu züchten, das der Steifigkeit von gesundem und erkranktem Lungengewebe entspricht.Die Benutzer können entscheiden, wann die Proben versteift und die zellulären Reaktionen gemessen werden sollen. Die in diesem Protokoll verwendeten photoabstimmbaren Biomaterialien ermöglichen die Erstellung eines weichgezeichneten Modells, das später versteift werden kann, um zelluläre Reaktionen auf die Versteifung der Mikroumgebung zu untersuchen. Ähnliche Techniken, bei denen ein statisches Biomaterial anstelle eines photoabstimmbaren Biomaterials verwendet wird, führen zu einem Modell, das nach dem Druck nicht versteift werden kann.Die Ergebnisse anderer Studien in unserem Labor deuten darauf hin, dass Geschlecht und Alter eine entscheidende Rolle beim Fortschreiten von Lungenerkrankungen spielen. Zukünftige Modelle werden diese Variablen untersuchen und mehr Komplexität, wie z. B. zusätzliche zellspezifische Schichten, einbeziehen. Die Kopplung dieser Bemühungen wird zu realistischeren Bioprints führen und zu neuen Wegen zur Behandlung fibrotischer Erkrankungen führen.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Bioengineering

Biotechnik

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.

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

Wir beschreiben eine Reihe von Protokollen , die zusammen stellen eine gewebe nachahmt Hydrogel bioink mit dem funktionelle und tragfähige 3-D Gewebekonstrukte zur Verwendung in in vitro - Screening - Anwendungen bioprinted werden kann.

Bioprinting cellularized Konstruiert unter Verwendung eines gewebespezifischen Hydrogel Bioink

Förster-Resonanzenergietransfer (FRET) Bildgebung ist ein leistungsfähiges Werkzeug für die Echtzeit Zellbiologie Studien. Hier wird ein Verfahren für FRET Abbildungszellen in physiologischen dreidimensionalen (3D) Hydrogel-Mikroumgebungen herkömmlichen Epifluoreszenzmikroskopie verwendet wird präsentiert. Eine Analyse für ratiometrisches FRET-Sonden, die lineare Verhältnisse über den Aktivierungsbereich ergibt beschrieben.

FRET-Imaging im dreidimensionalen Hydrogelen

Knorpel und Haut Analoga wurden Bioprinted mit einem Nanocellulose-Alginat-basierten Bioink. Die Bioinks wurden vor dem Druck über einen einzigen Schritt passive Mischeinheit cellularized. Die Konstrukte wurden demonstriert werden gleichmäßig cellularized, haben hohe Rentabilität und günstige Marker der Differenzierung aufweisen.

Bioprinting von Knorpel und Haut-Gewebe-Analoga nutzen eine neuartige Passive Einheit Mischtechnik für Bioink Precellularization

Wir entwickelten eine heterogene Brust-Krebs-Modell, bestehend aus verewigt Tumor und Fibroblasten-Zellen eingebettet in ein Bioprintable Alginat/Gelatine Bioink. Das Modell der in Vivo Tumor Mikroumgebung rekapituliert und erleichtert die Bildung von mehrzelligen Tumor Sphäroide, Einblick in die Mechanismen fahren Tumorgenese nachgeben.

Bioprintable Alginat/Gelatine Hydrogel 3D In-vitro- Modellsysteme induzieren Sphäroid Zellbildung

Präsentiert hier ist eine Methode für den 3D-Bioprinting von Gelatine Methacryloyl.

Protokolle des 3D-Bioprintings von Gelatine Methacryloyl Hydrogel-basierten Bioinks

Hier haben wir eine neuartige mehrschichtige modifizierte Strategie für flüssigkeitsähnliche Bioinken (Gelatinemethacryloyl mit niedriger Viskosität) entwickelt, um die Sedimentation von verkapselten Zellen zu verhindern.

Verwendung von mehrschichtigem Hydrogel Bioink im dreidimensionalen Bioprinting für homogene Zellverteilung

Die vorgestellte Methode beinhaltet das einachsige Dehnen von 3D-Weichhydrogelen, die in Silikonkautschuk eingebettet sind, während eine konfokale Live-Mikroskopie ermöglicht wird. Die Charakterisierung der externen und internen Hydrogelstämme sowie die Faserausrichtung werden demonstriert. Das entwickelte Gerät und Protokoll kann die Reaktion von Zellen auf verschiedene Belastungsregime beurteilen.

Kontrollierte Dehnung von 3D-Hydrogelen unter Live-Mikroskopie-Bildgebung

Die Scherverarbeitung während der Hydrogelbildung führt zur Herstellung von Mikrogelsuspensionen, die scherdünn sind, sich aber nach Beseitigung der Scherkräfte schnell restrukturieren. Solche Materialien wurden als Stützmatrix für das Bioprinting komplexer, zellbeladener Strukturen verwendet. Hier werden Verfahren zur Herstellung des Stützbettes und kompatibler Biotinten beschrieben.

Agarose-Flüssiggele, die durch Scherverarbeitung während der Gelierung für suspendierten 3D-Biodruck gebildet werden

In dieser Studie wird ein neuartiges κ-Carrageen-Submikrogel-Suspensionsbad vorgestellt, das bemerkenswerte reversible Jamming-Unjamming-Übergangseigenschaften aufweist. Diese Attribute tragen zur Konstruktion biomimetischer Gewebe und Organe im eingebetteten 3D-Bioprinting bei. Das erfolgreiche Drucken von herz-/ösophagusähnlichem Gewebe mit hoher Auflösung und Zellwachstum demonstriert hochwertige Bioprinting- und Tissue-Engineering-Anwendungen.

Eingebettetes Bioprinting von gewebeähnlichen Strukturen mit κ-Carrageen-Submikrogel-Medium

Erfahren Sie 3D-Bioprinting phototunbarer Hydrogel zur Untersuchung der Fibroblastenaktivierung. Diese Methode ermöglicht die Modellierung von Lungengewebe und die Analyse mechanischer Eigenschaften bei chronischen Lungenerkrankungen.

3D-Bioprinting von phototunbaren Hydrogelen zur Untersuchung der Fibroblastenaktivierung

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