Artículo de método

Fragmentación de hidrogeles a granel y procesamiento en hidrogeles granulares para aplicaciones biomédicas

DOI:

10.3791/63867

⸱

17 de mayo de 2022

 ,  , 
1Department of Bioengineering, School of Engineering and Applied Sciences, University of Pennsylvania, 2BioFrontiers Institute, University of Colorado Boulder, 3Department of Chemical and Biological Engineering, College of Engineering and Applied Science, University of Colorado Boulder

En este artículo

Resumen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Este trabajo describe métodos sencillos, adaptables y de bajo costo para fabricar microgeles con fragmentación por extrusión, procesar los microgeles en hidrogeles granulares inyectables y aplicar los hidrogeles granulares como tintas de impresión de extrusión para aplicaciones biomédicas.

Resumen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Los hidrogeles granulares son conjuntos atascados de micropartículas de hidrogel (es decir, "microgeles"). En el campo de los biomateriales, los hidrogeles granulares tienen muchas propiedades ventajosas, incluida la inyectabilidad, la porosidad a microescala y la capacidad de sintonización al mezclar múltiples poblaciones de microgeles. Los métodos para fabricar microgeles a menudo se basan en emulsiones de agua en aceite (por ejemplo, microfluídica, emulsiones por lotes, electropulverización) o fotolitografía, que pueden presentar altas demandas en términos de recursos y costos, y pueden no ser compatibles con muchos hidrogeles. Este trabajo detalla métodos simples pero altamente efectivos para fabricar microgeles utilizando la fragmentación por extrusión y procesarlos en hidrogeles granulares útiles para aplicaciones biomédicas (por ejemplo, tintas de impresión 3D). En primer lugar, los hidrogeles a granel (utilizando ácido hialurónico fotoreticulable (HA) como ejemplo) se extruyen a través de una serie de agujas con diámetros secuencialmente más pequeños para formar microgeles fragmentados. Esta técnica de fabricación de microgel es rápida, de bajo costo y altamente escalable. Se describen los métodos para atascar microgeles en hidrogeles granulares por centrifugación y filtración impulsada por vacío, con post-reticulación opcional para la estabilización del hidrogel. Por último, los hidrogeles granulares fabricados a partir de microgeles fragmentados se demuestran como tintas de impresión por extrusión. Si bien los ejemplos descritos en este documento utilizan HA fotoreticulable para la impresión 3D, los métodos son fácilmente adaptables para una amplia variedad de tipos de hidrogel y aplicaciones biomédicas.

Introducción

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Los hidrogeles granulares se fabrican a través del empaquetamiento de partículas de hidrogel (es decir, microgeles) y son una clase emocionante de biomateriales con muchas propiedades ventajosas para aplicaciones biomédicas 1,2,3. Debido a su estructura de partículas, los hidrogeles granulares son de adelgazamiento por cizallamiento y autocuración, lo que permite su uso como tintas (bio)de impresión por extrusión, soportes granulares para impresión incrustada y terapias inyectables 4,5,6,7,8,9.

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Protocolo

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Fabricación de hidrogeles a granel dentro de una jeringa mediante fotoreticulación

NOTA: En la Figura 1 se muestra una descripción general de la fabricación de hidrogel a granel dentro de una jeringa mediante fotoreticulación. Este protocolo utiliza ácido hialurónico modificado con norborneno (NorHA) para fabricar hidrogeles a granel utilizando una reacción de tiol-ene fotomediada. Los procedimientos detallados para la síntesis de NorHA se describen en otra parte38. Sin embargo, este protocolo es altamente adaptable a cualquier hidrogel fotoreticulable. Consulte Discusi....

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Resultados

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Los resultados representativos de estos protocolos se muestran en la Figura 3 y la Figura 6. La fragmentación por extrusión produce microgeles con formas de polígonos irregulares con diámetros que oscilan entre 10-300 μm (Figura 3). Además, la circularidad varía de 0.2 (no circular) a casi 1 (círculo perfecto), y la relación de aspecto varía de 1 a 3 (Figura 3). Estos parámetros describen las formas irr.......

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Discusión

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Aquí, se describen los métodos para fabricar hidrogeles granulares utilizando microgeles fragmentados por extrusión y empaque por centrifugación o filtración impulsada por vacío. En comparación con otros métodos de fabricación de microgel (es decir, microfluídica, emulsiones por lotes, electropulverización, fotolitografía), la fabricación de microgel de fragmentación por extrusión es altamente rápida, de bajo costo, fácilmente escalable y susceptible de una amplia variedad de sistemas de hidrogel. Además, este protocolo .......

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Divulgaciones

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Los autores no tienen intereses financieros contrapuestos.

Agradecimientos

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Este trabajo fue apoyado por la National Science Foundation a través del programa UPenn MRSEC (DMR-1720530) y becas de investigación de posgrado (a V.G.M y M.E.P.) y los Institutos Nacionales de Salud (R01AR077362 a J.A.B.).

....

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Tubo de centrífuga cónico de plástico de 15 mLCorning430766
punta dispensadora de la serie NT Premium de 30 g JensenGlobalJG30-0.5HPXEl número de catálogo que aparece aquí es para aguja de 30 G, 0.5". Hay varios tamaños disponibles.
Jeringas desechables BD con puntas Luer-Lok (3 mL)Fisher Scientific14-823-435número de catálogo que aparece aquí es para jeringa de 3 mL. Hay varios tamaños disponibles (14-823-XXX).
Carpetas negrasVarios proveedores
Aguja de sonda desechable para usar con jeringas y máquinas dispensadoras (18 G, 0.5")Grainger5FVH5que aparece aquí es para agujas de 18 G, 0.5". Hay varios tamaños disponibles.
Aguja de sonda desechable para usar con jeringas y máquinas dispensadoras (23 g, 0.5")Grainger5FVJ3
Aguja de sonda desechable para usar con jeringas y máquinas dispensadoras (27 g, 1.5")Grainger5FVL0
Dulbecco's Phosphate Buffered SalineFisher Scientific14190-250El número de catálogo que aparece aquí es para una caja de botellas de 10 x 500 ml.
Filtro de membrana Durapore, 0.22 y micro; mMilliporeGVWP04700
Microscopio epifluorescente o confocalVarios proveedoresPara visualizar microgeles e hidrogeles granulares
Microcentrífuga Eppendorf Snap-Cap Tubos de cierre seguroFisher Scientific05-402-25
Impresora de extrusiónHechopueden utilizar otras impresoras de extrusión, como BIOX disponible en el mercado.
Adaptadores de filtroFisher Scientific05-888-107El número de catálogo que aparece aquí es para un conjunto de varios tamaños. Hay varios tamaños disponibles (05-888-XXX).
Matraz de filtroVarios proveedores
Isotiocianato-dextrano de fluoresceína (2 MDa)Sigma-Aldrich52471
Portaobjetos de microscopio de vidrioVarios proveedores
ImageJInstitutos Nacionales de SaludEnlaceinformación "Analizar partículas":
https://imagej.nih.gov/ij/docs/menus/analyze.html PortátilVarios proveedores Luer-Lock
Tapas de punta Solucionesdispensación integradas9991329
Espátula de metal para recogerVarios proveedores
MicrocentrífugaVarios proveedoresCapaz de acelerar hasta 18.000 x g
Microscoft ExeclMicrosoftSe pueden utilizar otros programas, como Google Slides.
OmniCure S2000 Sistema de curado UV puntualExcelitas TechnologiesS2000Se pueden utilizar diferentes sistemas de luz para fabricar hidrogeles a granel si se desea.
Embudo Buchner de porcelana con placa perforada fijaFisher ScientificFB966CEl número de catálogo que figura aquí es para una placa de 56 mm de diámetro. Hay varios tamaños disponibles.
RadiometerVarios proveedores
Repetier HostHot-World GmbH & Co. KGSoftware de impresión 3D
Impresora de extrusión basada en tornilloVarios proveedoresEn este estudio se utilizó una impresora 3D FDM modificada a medida (Velleman K8200). Hay muchas alternativas disponibles.
Software Solidworks/CADDassault Systè pueden utilizar otros programas, como Blender o TinkerCAD.
Tubo para conectar el matraz de filtro a la línea de vacíoVarios proveedores
Protección ocular UV (es decir, gafas de seguridad)Varios proveedores
El El número de catálogo de a medida Se de de Se

Referencias

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Daly, A. C., Riley, L., Segura, T., Burdick, J. A. Hydrogel microparticles for biomedical applications. Nature Reviews Materials. 5 (1), 20-43 (2020).
  2. Qazi, T. H., Burdick, J. A. Granular hydrogels for endogenous tissue repair. Biomaterials and Biosystems. 1, 10....

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Reimpresiones y permisos

Solicitar permiso para reutilizar el texto o las figuras de este artículo de JoVE

Solicitar permiso

Etiquetas

Granular HydrogelsHydrogel FragmentationMicrogel FabricationExtrusion FragmentationBulk HydrogelsVacuum FiltrationCentrifugation MethodInjectable Hydrogels3D Printing InksBiomedical Applications

Artículos relacionados