Name: El cartílago humano Tissue Fabrication Usando tridimensional Tecnología de impresión inyección de tinta (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-06-10T13:45:00.000+00:00
Duration: 9 min 32 s
Description: Aprenda a fabricar cartílago humano tridimensional mediante bioprinting con una impresora térmica modificada y polimerización UV simultánea. Este método permite distribuir células de condrocitos articular de manera homogénea.

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Los autores desean agradecer el apoyo de la Nueva York Capital Region Research Alliance Grant.

1. Bioprinting Plataforma Establecimiento La modificación de la impresora se basa en una impresora de inyección de tinta térmica HP Deskjet 500 y HP 51626A cartucho de tinta de color negro. <ol><li> Retire la tapa de plástico encima de la impresora y cuidadosamente extraiga el panel de control de la cubierta. </li><li> Desconecte las conexiones de los cables entre 3 la parte superior de la impresora y la base. Quite la parte superior de la impresora desde la base. </li><li> En la parte superior de la impresora, retire la pequeña de plástico y accesorios de goma (sistema de limpieza del cabezal de impresión) en el lado derecho debajo del cartucho de tinta. </li><li> Quite la base de la bandeja de papel con resortes. </li><li> Retire la placa metálica que cubre la barra de alimentación de papel de plástico. </li><li> Cortar la barra de alimentación de papel de plástico en la posición de la rueda de alimentación medio usando una sierra de mano u otra herramienta de corte. </li><li> Retire las 2 ruedas de alimentación de papel expuestos después de la etapa anterior. El plástico de la rueda es muy duro y un sistema electrónicosierra será útil. </li><li> Limpie el polvo y los escombros de utilizar paños de aire y etanol en conserva. </li><li> Coloque la parte superior de la impresora a la base. </li><li> UV esterilizar la impresora modificado durante al menos 2 horas en una campana de flujo laminar antes de usar. </li><li> Cortar la tapa de un cartucho de tinta HP 51626A utilizando una sierra de mano u otra herramienta de corte. </li><li> Vaciar la tinta y retire el filtro que cubre el depósito del fondo del pozo del cartílago. </li><li> Enjuague el cartucho a fondo con agua corriente del grifo. </li><li> Ultrasonicate el cartucho en desionizada (DI) durante 10 min para eliminar la tinta residual. </li><li> Examine el cartucho para asegurarse de que toda la tinta se ha eliminado. Enjuague o rociar el cartucho a fondo con etanol al 70% para la esterilización, seguido de agua DI esterilizada. </li><li> Configurar una lámpara de luz ultravioleta de onda larga sobre la plataforma de impresión para proporcionar una capacidad de fotopolimerización simultánea. </li><li> Medir la intensidad de los rayos UV en la plataforma de impresión usando una luz UVmetro. Ajustar la distancia entre la lámpara UV y la plataforma de la impresora de modo que la intensidad de impresión en el sujeto está entre 4-8 mW / cm 2 (aproximadamente 25 cm desde la lámpara a la plataforma de la impresora). </li></ol> 2. Preparación Bioink <ol><li> Expansión de condrocitos monocapa <ol><li> Placa de 5 millones de condrocitos humanos en cada matraz de cultivo de tejido T175 para la expansión de células en Dulbecco Modificado Eagles Medium (DMEM) complementado con 10% de suero de ternera y 1x de penicilina-estreptomicina-glutamina (PSG). Células de cultivo a 37 ° C con aire humidificado contiene 5% de CO 2. Cambiar el medio de cultivo cada 3 días hasta que el matraz es 85% de confluencia. Utilice células de la misma pasaje. </li></ol></li><li> Disolver PEGDA en PBS a una concentración final de 10% w / v Añadir fotoiniciador I-2959 a una concentración final de 0,05% w / v Filtrar esterilizar la solución. </li><li> Suspender los condrocitos humanos cultivados en la solución PEGDA preparado a 5 x 10 6 células /ml. </li></ol> 3. El cartílago de tejido de impresión <ol><li> Encienda la impresora y el ordenador portátil. </li><li> Crear un patrón de impresión de un círculo sólido con 4 mm de diámetro utilizando Microsoft Word o Adobe Photoshop. <ol><li> Ajuste la posición del patrón y asegúrese de que se imprimirá exactamente en el molde de plástico. </li><li> Calcular el número de copias necesarias para alcanzar el espesor deseado del andamio. Para 4 mm de altura, se requieren 220 impresiones para crear el andamio deseado. </li></ol></li><li> Cargue el bioink en el cartucho de tinta. Cubra el cartucho con papel de aluminio para protegerlo de la exposición directa del sol durante la impresión. </li><li> Enviar comando de impresión a la impresora. Tire del sensor de papel cuando la impresora comienza a imprimir. El proceso de impresión de conjunto debería tomar menos de 4 minutos para un andamio con 4 mm de diámetro y 4 mm de altura. </li><li> Transferencia impreso neocartílago a una placa de 24 pocillos y añadir 1,5 ml de medio de cultivo a cada pocillo. </li></ol><ol><li> Incubar la neocartílago impreso en solución VIVO / DEAD viabilidad / citotoxicidad de trabajo a temperatura ambiente durante 15 min en la oscuridad. </li><li> Cortar el hidrogel de células cargadas por la mitad y tomar imágenes fluorescentes de la zona de corte. </li><li> Cuente en vivo las células muertas (rojo) (verde) y por un observador ciego a los cinco imágenes tomadas al azar. Calcular la viabilidad celular mediante la división del número de células vivas por el número total de células vivas y muertas. </li></ol>

<ol><li>Cui, X., Boland, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+microvasculature+fabrication+using+thermal+inkjet+printing+technology%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Human microvasculature fabrication using thermal inkjet printing technology.</a> Biomaterials. 30, 6221-6227 (2009).</li>
<li>Cui, X., Breitenkamp, K., Finn, M. G., Lotz, M., D'Lima, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+human+cartilage+repair+using+three-dimensional+bioprinting+technology%5BTitle%5D)+AND+%22Tissue+Eng+Part+A%22%5BJournal%5D)">Direct human cartilage repair using three-dimensional bioprinting technology.</a> Tissue Eng Part A. 18, 1304-1312 (2012).</li>
<li>Cui, X., Breitenkamp, K., Lotz, M., D'Lima, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synergistic+action+of+fibroblast+growth+factor-2+and+transforming+growth+factor-beta1+enhances+bioprinted+human+neocartilage+formation%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+Bioeng%22%5BJournal%5D)">Synergistic action of fibroblast growth factor-2 and transforming growth factor-beta1 enhances bioprinted human neocartilage formation.</a> Biotechnol. Bioeng. 109, 2357-2368 (2012).</li>
<li>Cui, X., Breitenkamp, K., Finn, M. G., Lotz, M., Colwell, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+human+cartilage+repair+using+thermal+inkjet+printing+technology%5BTitle%5D)+AND+%22Osteoarthritis+and+Cartilage%22%5BJournal%5D)">Direct human cartilage repair using thermal inkjet printing technology.</a> Osteoarthritis and Cartilage. 19, (2011).</li>
<li>Cui, X., Boland, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+deposition+of+human+microvascular+endothelial+cells+and+biomaterials+for+human+microvasculature+fabrication+using+inkjet+printing%5BTitle%5D)+AND+%22NIP24%2Fdigital+Fabrication+2008%3A+24th+International+Conference+on+Digital+Printing+Technologies%2C+Technical+Program+and+Proceedings%22%5BJournal%5D)">Simultaneous deposition of human microvascular endothelial cells and biomaterials for human microvasculature fabrication using inkjet printing.</a> NIP24/digital Fabrication 2008: 24th International Conference on Digital Printing Technologies, Technical Program and Proceedings. 24, 480-483 (2008).</li>
<li>Cui, X., Dean, D., Ruggeri, Z. M., Boland, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cell+damage+evaluation+of+thermal+inkjet+printed+Chinese+hamster+ovary+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+Bioeng%22%5BJournal%5D)">Cell damage evaluation of thermal inkjet printed Chinese hamster ovary cells.</a> Biotechnol. Bioeng. 106, 963-969 (2010).</li>
<li>Cui, X., Hasegawa, A., Lotz, M., D'Lima, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structured+three-dimensional+co-culture+of+mesenchymal+stem+cells+with+meniscus+cells+promotes+meniscal+phenotype+without+hypertrophy%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+Bioeng%22%5BJournal%5D)">Structured three-dimensional co-culture of mesenchymal stem cells with meniscus cells promotes meniscal phenotype without hypertrophy.</a> Biotechnol. Bioeng. 109, 2369-2380 (2012).</li>
<li>Cui, X., Gao, G., Qiu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Accelerated+myotube+formation+using+bioprinting+technology+for+biosensor+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+Lett%22%5BJournal%5D)">Accelerated myotube formation using bioprinting technology for biosensor applications.</a> Biotechnol. Lett. 35, 315-321 (2013).</li>
<li>Cui, X., Boland, T., D'Lima, D. D., Lotz, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+inkjet+printing+in+tissue+engineering+and+regenerative+medicine%5BTitle%5D)+AND+%22Recent+Pat+Drug+Deliv+Formul%22%5BJournal%5D)">Thermal inkjet printing in tissue engineering and regenerative medicine.</a> Recent Pat Drug Deliv Formul. 6, 149-155 (2012).</li>
<li>Bryant, S. J., Anseth, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrogel+properties+influence+ECM+production+by+chondrocytes+photoencapsulated+in+poly%28ethylene+glycol%29+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Materials+Research%22%5BJournal%5D)">Hydrogel properties influence ECM production by chondrocytes photoencapsulated in poly(ethylene glycol) hydrogels.</a> Journal of Biomedical Materials Research. 59, 63-72 (2002).</li>
<li>Elisseeff, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoencapsulation+of+chondrocytes+in+poly%28ethylene+oxide%29-based+semi-interpenetrating+networks%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Materials+Research%22%5BJournal%5D)">Photoencapsulation of chondrocytes in poly(ethylene oxide)-based semi-interpenetrating networks.</a> Journal of Biomedical Materials Research. 51, 164-171 (2000).</li>
<li>Buskirk, W. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+A+High-Resolution+Thermal+Inkjet+Printhead%5BTitle%5D)+AND+%22Hewlett-Packard+Journal%22%5BJournal%5D)">Development of A High-Resolution Thermal Inkjet Printhead.</a> Hewlett-Packard Journal. 39, 55-61 (1988).</li>
<li>Harmon, J. P., Widder, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integrating+the+Printhead+Into+the+HP+Deskjet+Printer%5BTitle%5D)+AND+%22Hewlett-Packard+Journal%22%5BJournal%5D)">Integrating the Printhead Into the HP Deskjet Printer.</a> Hewlett-Packard Journal. 39, 62-66 (1988).</li>
<li>Kim, T. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+model+for+cartilage+tissue+engineering+to+regenerate+the+zonal+organization+of+articular+cartilage%5BTitle%5D)+AND+%22Osteoarthritis+and+Cartilage%22%5BJournal%5D)">Experimental model for cartilage tissue engineering to regenerate the zonal organization of articular cartilage.</a> Osteoarthritis and Cartilage. 11, 653-664 (2003).</li>
<li>Sharma, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Designing+zonal+organization+into+tissue-engineered+cartilage%5BTitle%5D)+AND+%22Tissue+Engineering%22%5BJournal%5D)">Designing zonal organization into tissue-engineered cartilage.</a> Tissue Engineering. 13, 405-414 (2007).</li>
<li>Cohen, D. L., Lipton, J. I., Bonassar, L. J., Lipson, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Additive+manufacturing+for+in+situ+repair+of+osteochondral+defects%5BTitle%5D)+AND+%22Biofabrication%22%5BJournal%5D)">Additive manufacturing for in situ repair of osteochondral defects.</a> Biofabrication. 2, (2010).</li>
</ol>

Los autores no tienen ningún interés financiero en este estudio.

Este sistema bioprinting 3D con capacidad de fotopolimerización simultánea proporciona una significativamente mayor resolución de impresión que el mejor método descrito de esta en la impresión in situ de los defectos osteocondrales utilizando jeringa extruido un hidrogel de alginato celular 16. Una mayor resolución de impresión es particularmente crítico para la ingeniería de tejidos de cartílago para restaurar la organización zonal cartílago anatómica. Fotopolimerización simultánea durante ...

Bioprinting basa en la impresión de inyección de tinta térmica es una de las tecnologías que permiten más prometedores en el campo de la ingeniería de tejidos y medicina regenerativa. Con cabezales de impresión de control digital y de alto rendimiento factores de células, andamios, y crecimiento pueden ser depositados precisamente a la de dos dimensiones (2D) deseado y posiciones (3D) tridimensionales rápidamente. Muchas aplicaciones exitosas se han cumplido con esta tecnología en ingeniería de tejidos y medicina regenerativa 1-9. En este trabajo, una plataforma bioprinting se estableció con una impresora Deskjet modificado Hewlett-Packard (HP) 500 térmica de inyección de tinta y un sistema de fotopolimerización simultánea. Hidrogeles sintéticos formulados a partir de poli (etilenglicol) (PEG) han mostrado la capacidad de mantener la viabilidad de los condrocitos y promover la producción de ECM condrogénica 10,11. Además, fotorreticulable PEG es altamente soluble en agua con baja viscosidad, lo que lo hace ideal para polyme simultánearización durante bioprinting 3D. En este trabajo, los condrocitos humanos en suspensión en el poli (etileno) diacrilato (PEGDA; MW 3400) se imprimieron precisamente para construir capa-por-capa neocartílago con 1400 dpi de resolución en 3D. Se observó la distribución homogénea de células depositadas en un andamio 3D, que generó tejido de cartílago con excelentes propiedades mecánicas y la mejora de la producción de ECM. Por el contrario, en la fabricación manual de las células acumuladas en la parte inferior del gel en lugar de sus posiciones depositados inicialmente debido a la polimerización de andamio más lenta, lo que condujo a la formación de cartílago no homogénea después de la cultura 2,3.

<table><tbody><tr><td>Impresora de inyección de tinta térmica HP Deskjet 500</td><td>Hewlett-Packard</td><td>C2106a</td><td>Descatalogado. Comprado reacondicionado de un proveedor de Internet.</td></tr><tr><td>Cartucho de tinta negra HP</td><td>Hewlett-Packard</td><td>51626a Lámpara ultravioleta</td><td></td></tr><tr><td></td><td>UVP</td><td>B-100AP</td><td></td></tr><tr><td>Medidor de luz ultravioleta</td><td>General Tools</td><td>UV513AB</td><td></td></tr><tr><td>Microscopio de escaneo láser Zeiss LSM 510</td><td>Carl Zeiss</td><td>LSM 510</td><td></td></tr><tr><td>Dulbeccos Modified Eagles Medium (DMEM)</td><td>Mediatech</td><td>10-013</td><td></td></tr><tr><td>Penicilina-estreptomicina-glutamina (PSG)</td><td>Invitrogen</td><td>10378-016</td><td></td></tr><tr><td>Reactivo de disociación celular Accutasa</td><td>Invitrogen</td><td>A11105-01</td><td></td></tr><tr><td>Solución salina tamponada con fosfato (PBS)</td><td>Invitrogen</td><td>10010-023</td><td></td></tr><tr><td>Kit de viabilidad/citotoxicidad Vivo/Muerto</td><td>Invitrogen</td><td>L-3224</td><td></td></tr><tr><td>Diacrilato de poli(etilenglicol) (PEGDA)</td><td>Glycosan Biosystems</td><td>GS700</td><td></td></tr><tr><td>Irgacure 2959</td><td>Ciba Specialty Chemicals</td><td>I-2959</td><td></td></tr><tr><td>Condrocitos articulares humanos</td><td>Lonza</td><td>CC-2550</td><td></td></tr></tbody></table>

el cartílago humano tissue fabrication usando tridimensional tecnología de impresión inyección de tinta

Human Cartilage Tissue Fabrication Using Three-dimensional Inkjet Printing Technology

Bioprinting, que se basa en la impresión de inyección de tinta térmica, es una de las más atractivas tecnologías facilitadoras en el campo de la ingeniería de tejidos y medicina regenerativa. Con las células de control digital, andamios, y factores de crecimiento pueden ser depositados precisamente a la de dos dimensiones (2D) deseado y ubicaciones (3D) tridimensionales rápidamente. Por lo tanto, esta tecnología es un enfoque ideal para la fabricación de tejidos que imitan sus estructuras anatómicas nativas. Con el fin de diseñar el cartílago con la organización nativa zonal, composición de la matriz extracelular (ECM), y las propiedades mecánicas, hemos desarrollado una plataforma bioprinting usando una impresora de inyección de tinta comercial con fotopolimerización simultánea capaz para la ingeniería de tejido cartilaginoso 3D. Condrocitos humanos en suspensión en poli (etilenglicol) diacrilato (PEGDA) se imprimieron para la construcción neocartílago 3D mediante el conjunto de capa por capa. Las células fueron fijadas impresos en sus posiciones originales depositados, apoyado por el entorUnding andamio en la fotopolimerización simultánea. Las propiedades mecánicas del tejido impreso fueron similares al cartílago nativo. En comparación con la fabricación de tejidos convencional, que requiere la exposición a UV más larga, la viabilidad de las células impresos con fotopolimerización simultánea fue significativamente mayor. Neocartílago Impreso demostró una excelente glicosaminoglicano (GAG) y la producción de colágeno de tipo II, que era consistente con la expresión de genes. Por lo tanto, esta plataforma es ideal para la distribución de células exacta y la disposición para la ingeniería de tejidos anatómica.

La impresora de inyección de tinta térmica modificado era capaz de celular y la deposición de andamio con un alto rendimiento y una excelente viabilidad celular. La combinación con la fotopolimerización simultánea y biomateriales fotosensibles, esta tecnología es capaz de fijar las células y otras sustancias impresos a los lugares depositados inicialmente. De acuerdo con las propiedades de la impresora de inyección de tinta térmica modificada, la resolución de impresión de 300 dpi 2D con un solo volumen de gotas de tint...

Los métodos descritos en este artículo muestran cómo convertir una impresora de inyección de tinta comercial en un bioprinter con la polimerización UV simultánea. La impresora es capaz de construir la estructura del tejido 3D con células y biomateriales. El estudio ha demostrado aquí construyó un neocartílago 3D.

El cartílago humano Tissue Fabrication Usando tridimensional Tecnología de impresión inyección de tinta

Bioprinting, which is based on thermal inkjet printing, is one of the most attractive enabling technologies in the field of tissue engineering and ...

El objetivo general de este procedimiento es construir un tejido cartilaginoso humano tridimensional para probar la viabilidad de la impresión de tejidos 3D, utilizando una impresora de inyección térmica modificada con polimerización fotoiniciada simultánea. Esto se logra primero modificando una impresora térmica de inyección comercial Hewlett Packard DeskJet 500 y 5 1 16 2 6, un cartucho de tinta monocromático, para convertirlos en una impresora biológica. El segundo paso consiste en combinar una plataforma de impresión 3D sencilla y una lámpara de luz ultravioleta de longitud de onda larga para proporcionar polimerización instantánea de la biotinta inyectada durante el proceso de fabricación.A continuación, se prepara la biotinta suspendiendo condrocitos articulares humanos expandidos en una solución al 10 % de polietilenglicol a una concentración de 5 millones de células por mililitro. El paso final consiste en imprimir el tejido cartilaginoso capa por capa con fotopolimerización simultánea. Finalmente, microscopía confocal e histología.La tinción se utiliza para mostrar la distribución uniforme de los condrocitos impresos en un hidrogel 3D y la excelente producción de matriz ex

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Investigación

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Bioengineering

Bioingeniería

Vigas mixtas microestructuradas (3D) en tres dimensiones se fabrican a través de la infiltración dirigida y localizada de nanocompuestos en redes de microfluidos porosas 3D. La flexibilidad de este método de fabricación permite la utilización de diferentes materiales termoendurecibles y nanocargas con el fin de lograr una variedad de 3D funcional nanocompuestos productos macroscópicas reforzados.

Fabricación de tridimensionalmente Microestructurados nanocompuestos mediante Microfluidic Infiltración

La reparación del cartílago representa un desafío médico no resuelto y los enfoques basados en células para diseñar el cartílago articular humano son una solución prometedora. Aquí, describimos los hidrogeles biomiméticos tridimensionales (3D) como una herramienta ideal para la expansión y maduración de los condrocitos articulares humanos.

3D hidrogel andamios para articular condrocitos cultura y cartílago Generación

Una bioimpresora cartesiana fue diseñada y fabricada para permitir la deposición de múltiples materiales en geometrías precisas y reproducibles, al tiempo que permite el control de factores ambientales. Utilizando la bioimpresora tridimensional, se pueden imprimir y reproducir fácilmente construcciones complejas y viables.

Viabilidad de Bioprinted celulares Construye El uso de un Tres Impresora cartesiana dispensador

Se desarrolló una innovadora técnica de biofabricación para diseñar construcciones tridimensionales que se asemejan a las características arquitectónicas, componentes y propiedades mecánicas del tejido in vivo. Esta técnica presenta un material de sacrificio recientemente desarrollado, el caucho BSA, que transfiere características espaciales detalladas, reproduciendo las arquitecturas in vivo de una amplia variedad de tejidos.

Tridimensional Tecnología Biomimética: Novel biorubber Crea Definido micro y macro escala Arquitecturas de colágeno hidrogeles

Análogos de cartílago y piel fueron bioprinted utilizando un alginato de nanocellulose base de bioink. El bioinks se cellularized antes de la impresión a través de una unidad de mezcla pasiva solo paso. Las construcciones fueron demostradas ser uniformemente cellularized, alta viabilidad, y exhiben marcadores favorables de la diferenciación.

Bioprinting de cartílago y piel análogos de tejido utilizando un pasivo novela mezcla de unidad técnica de Bioink Precellularization

Este protocolo describe la producción de filamento de policaprolactona (PCL) con microesferas de ácido (PLA) de poliláctico incrustados que contienen matrices decellularized (DM) para la impresión 3D de ingeniería construcciones de tejidos estructurales.

Novedoso proceso para la impresión 3D Decellularized Matrices

Los tres pasos críticos de este protocolo son i) el desarrollo de la correcta composición y consistencia de la tinta de hidrogel de celulosa, ii) 3D impresión de andamios en vario poro estructuras con fidelidad de buena forma y dimensiones y iii) demostración de la propiedades mecánicas en condiciones simuladas de cuerpo para la regeneración del cartílago.

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Aquí se presenta un método para la bioimpresión 3D de gelatina metacriloyl.

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Aprenda a fabricar cartílago humano tridimensional mediante bioprinting con una impresora térmica modificada y polimerización UV simultánea. Este método permite distribuir células de condrocitos articular de manera homogénea.

El cartílago humano Tissue Fabrication Usando tridimensional Tecnología de impresión inyección de tinta

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