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

Los hidrogeles granulares son una nueva y emocionante clase de biomateriales con muchas propiedades ventajosas. Nuestra esperanza es que al compartir estos métodos, podamos aumentar el acceso y la innovación en hidrogeles granulares para aplicaciones biomédicas. Esta técnica es simple, de bajo costo, fácilmente adaptable a muchas químicas y se puede implementar en prácticamente cualquier laboratorio.

Cargue una jeringa de 3 mililitros con la solución precursora de hidrogel. Retire el émbolo de la parte posterior de una jeringa vacía de 3 mililitros y agregue una tapa de punta a la parte superior del barril de la jeringa. Use una pipeta de 1.000 microlitros para transferir la solución precursora de hidrogel al barril de la jeringa con la tapa de la punta.

Sostenga el barril de la jeringa con solución precursora de hidrogel en una mano con la tapa de la punta hacia abajo y el extremo abierto del barril hacia arriba. Devuelva el émbolo de la jeringa a la abertura de la parte posterior del barril de la jeringa. Empuje suavemente el émbolo de la jeringa en el barril lo suficiente como para sellar la abertura en la parte posterior del barril de la jeringa, manteniendo cuidadosamente el émbolo y el barril de la jeringa juntos para asegurarse de que la parte posterior del barril de la jeringa esté sellada con el émbolo.

Invierta la jeringa de tal manera que el émbolo esté hacia abajo y la tapa de la punta ahora esté hacia arriba. Retire la tapa de la punta y empuje suavemente el émbolo en el barril de la jeringa hasta que se elimine todo el aire de la jeringa. Vuelva a colocar la tapa de la punta en la jeringa.

Asegúrese de que la solución precursora de hidrogel esté asegurada dentro de la jeringa de 3 mililitros con una tapa de punta. Asegúrese de que se tomen el equipo de protección personal adecuado y las protecciones antes de encender la lámpara UV. Coloque la jeringa de 3 mililitros cargada con la solución precursora de hidrogel debajo de la lámpara de curado de puntos UV durante el tiempo deseado para que se reticule completamente.

Apague la lámpara UV y retire la jeringa. Asegúrese de que el hidrogel esté ahora foto-reticulado dentro de la jeringa. Retire el émbolo de la parte posterior de una jeringa vacía de 3 mililitros.

Asegure una tapa de punta al luer-lock. Retire la tapa de la punta de la jeringa que contiene el hidrogel a granel fotoreticulado. Alinee la parte superior de la jeringa de hidrogel con la abertura del barril en la jeringa vacía.

Extruya el hidrogel a granel a través de la abertura de la jeringa en el barril de la jeringa vacía. Sostenga la jeringa que contiene el hidrogel extruido de tal manera que la tapa de la punta esté hacia abajo y la abertura del barril esté hacia arriba. Usando una pipeta de 1, 000 microlitros, agregue 1.5 microlitros de PBS al barril de la jeringa.

Alinee el émbolo de la jeringa con la abertura del barril, apenas empujando el émbolo lo suficiente como para crear un sello. Invierta la jeringa de tal manera que el émbolo ahora esté hacia abajo y la tapa de la punta esté hacia arriba, asegurándose de mantener el émbolo y el barril de la jeringa juntos en su lugar para que no se filtre hidrogel o PBS. Invierta varias veces para mezclar el hidrogel fragmentado con el PBS agregado.

Sostenga la jeringa de tal manera que la tapa de la punta esté hacia arriba y el émbolo hacia abajo. Retire la tapa de la punta. Muy suavemente, empuje el émbolo hacia arriba para eliminar el aire del interior de la jeringa.

Extruir la solución de hidrogel fragmentado a través de una serie de agujas para crear microgeles fragmentados. Asegure una aguja de punta roma calibre 18 en la parte superior de la jeringa que contiene el hidrogel fragmentado y PBS. Retire el émbolo de una jeringa fresca de 3 mililitros y asegure una tapa de punta al barril de la jeringa vacío.

Extruya la solución de hidrogel fragmentada a través de la aguja de calibre 18 en la parte posterior del barril de la jeringa vacío. Deseche la jeringa y la aguja vacías en el flujo de desechos de objetos punzantes adecuado. Repita la extrusión de la solución de hidrogel con una aguja de calibre 23, 27 y 30.

En el último paso de extrusión, extruya la solución de microgel fragmentada en tubos de microcentrífuga. Lave y aísle la suspensión de microgel fragmentada. Usando una microcentrífuga, gire hacia abajo la solución de microgel fragmentada a 5, 000 veces g durante 5 minutos.

Use una pipeta para quitar el sobrenadante. Agregue 1 mililitro de PBS a cada tubo de microcentrífuga que contenga microgeles fragmentados y vórtice durante 5 a 10 segundos. Combine 20 microlitros de suspensión de microgel fragmentado con 180 microlitros de PBS para crear una suspensión de microgel fragmentada diluida.

Vórtice para mezclar a fondo. Transfiera 50 microlitros de suspensión de microgel fragmentado diluido a un portaobjetos de microscopio de vidrio. Use un microscopio epifluorescente para adquirir imágenes de microgeles marcados fluorescentemente con un zoom de 4x o 10x.

Microgeles fragmentados por atasco mediante filtración impulsada por vacío. Montar y probar el aparato de filtración accionado por vacío. Asegure un embudo Buchner dentro de un matraz de filtro.

Utilice tubos para conectar el matraz del filtro a una línea de vacío. Coloque un filtro de membrana en la copa del embudo buckner. Encienda la línea de vacío abriendo la válvula del dial.

Pruebe la conexión canalizando aproximadamente 0,5 mililitros de PBS en el filtro de membrana y observe que todo el PBS pasa a través del filtro y se acumula en la parte inferior del matraz del filtro. Después de encender la línea de vacío y asegurar un sellado completo, vórtice la solución de microgel fragmentada. Usando una pipeta de 1, 000 microlitros, transfiera la solución de microgel fragmentado al filtro de membrana.

Espere aproximadamente 30 segundos para que el vacío saque el PBS de la solución de microgel. Apague la línea de vacío. Obtenga una jeringa fresca de 3 mililitros y retire el émbolo.

Use una espátula de metal para extraer el hidrogel granular fragmentado del filtro y transfiéralo a la parte posterior del barril de la jeringa vacío. Devuelva el émbolo a la jeringa. Cargue el hidrogel granular fragmentado en la jeringa y ahora está listo para su uso.

Retire la tapa de la punta y reemplácela con una aguja de su elección. Cargue la jeringa en la plataforma de impresión de su elección. Cargue el archivo de código G preparado desde la fase de planificación en el software de impresión 3D.

Desplácese hasta el panel Vista previa de impresión y pulse Imprimir. Tan pronto como se complete la deposición de impresión, exponga las construcciones de hidrogel granular fragmentado a la luz UV para la foto-reticulación y estabilización. La fragmentación por extrusión produce microgeles con formas de polígonos dentados con diámetros que van de 10 a 300 micrómetros.

La circularidad varía de 0.2 a casi 1 y la relación de aspecto varía de 1 a 3. Estos parámetros describen las formas irregulares y dentadas de microgel formadas por el proceso de fragmentación. Cuando se empaqueta juntos mediante centrifugación o filtración impulsada por vacío, el hidrogel granular ensamblado se adelgaza por cizallamiento y se autocura.

El hidrogel granular fragmentado tiene una alta fidelidad de forma e integridad mecánica para un hidrogel inyectable. Además de utilizar hidrogeles granulares fragmentados para la impresión 3D, estos sistemas también se pueden utilizar como plataformas de cultivo celular in vitro, así como sistemas inyectables para la reparación de tejidos y la administración de fármacos. Estos métodos simples y de bajo costo brindan las ventajas de los biomateriales de hidrogel granular a más investigadores, lo que permite un mayor acceso a la fabricación de hidrogel granular, así como la innovación en el campo de los biomateriales.