Geles fluidos de agarosa formados por procesamiento de cizallamiento durante la gelificación para bioimpresión 3D suspendida

La capacidad de utilizar diferentes biotintas es primordial para el desarrollo exitoso de estructuras bioimpresas, y esta tecnología facilita el uso de materiales que generalmente son incompatibles con las técnicas de impresión convencionales. El medio de suspensión evita el colapso de las biotintas de baja viscosidad cuando se depositan, y permite la integración de diferentes biotintas dentro de una sola construcción para crear variaciones regionales en las propiedades químicas y mecánicas que son más parecidas al tejido nativo. Demostrando el procedimiento estarán el Dr. Tom Robertson, investigador de la Universidad de Birmingham, y la Dra. Jessica Senior, investigadora de la Universidad de Huddersfield.

Para comenzar, encienda el reómetro e inserte geometrías dentadas de 40 milímetros, dejándolo reposar durante 30 minutos. Ponga a cero la altura de separación del reómetro utilizando la función de altura de separación cero. Agregue aproximadamente dos mililitros de muestra en la placa inferior y baje la geometría superior para crear una altura de espacio de un milímetro.

Recorte la muestra eliminando el exceso de material expulsado de entre las placas utilizando un borde plano y no abrasivo para alejar el exceso de líquido del espacio y empápese con papel de seda. Para determinar la inyectabilidad de la biotinta, realice perfiles de viscometría seleccionando Prueba de viscometría entre las opciones de usuario. Introduzca los parámetros para una prueba de rampa controlada por velocidad de cizallamiento de 0,1 a 500 por segundo con un tiempo de rampa de un minuto.

Cargue una nueva muestra y repita el proceso para garantizar la reproducibilidad. Para determinar las características gelificantes de la biotinta, se realizaron pequeñas pruebas de deformación seleccionando las pruebas oscilatorias de las opciones de usuario. Parámetros de entrada en una sola prueba de frecuencia bajo deformación constante, como la frecuencia de un hercio, deformación del 0,5% durante una hora mientras la tinta se gelifica.

Repita la prueba de rampa de viscometría en muestras nuevas bajo control de tensión utilizando las tensiones superior e inferior determinadas a partir de la prueba de rampa controlada por velocidad de cizallamiento en paso como se demostró anteriormente. Para realizar mediciones in situ de amplitud y frecuencia en muestras gelificadas, seleccione una prueba oscilatoria de las opciones de usuario. Después de seleccionar el barrido de amplitud, ingrese los parámetros para una prueba de barrido de amplitud que se controla a deformación de 0.01 a 500% a una frecuencia constante de un hercio.

Después de completar la prueba, analice los espectros para determinar la región viscoelástica lineal. Cargue una nueva muestra en el reómetro y deje que se gelifique. A continuación, seleccione una prueba oscilatoria de las opciones de usuario.

Seleccionar parámetros de ensayo de frecuencia y frecuencia de entrada entre 0,01 y 10 hercios y una deformación dentro de la región viscoelástica lineal de los espectros determinada a partir de los datos de barrido de amplitud obtenidos previamente. Para iniciar el software CAD e iniciar la generación de un modelo CAD, seleccione la opción Herramientas y, a continuación, haga clic en Materiales en el software CAD para definir los parámetros de impresión para la biotinta elegida. Introduzca el diámetro estimado del filamento en la ficha Espesor para determinar el grosor z de cada capa.

Para diseñar la estructura capa por capa, utilice las fichas Capa del software, agrupe las capas mediante la ficha Grupo y asigne cada capa a un nivel en el plano z mediante la ficha Nivel. Genere una estructura de celosía creando una capa con los filamentos a lo largo del eje x y una segunda capa a lo largo del eje y y asigne ambos a un nivel separado. En la pestaña Grupo, determine la altura de compilación seleccionando el número de unidades repetidas en la estructura.

A continuación, haga clic en la herramienta Generar para crear un código G para el diseño y ver un renderizado 3D de la estructura. En la bioimpresora, alícuota la biotinta en el cartucho de impresión y atorníllela en el cabezal de impresión por encima de la microválvula. A continuación, haga clic en la función de medición de longitud de la aguja para calibrar el cabezal de impresión.

A continuación, conecte el cabezal de impresión ensamblado al sistema de presión neumática y cargue el recipiente de cultivo en la plataforma de impresión. Una vez que se haya seleccionado una presión adecuada, abra el código G generado anteriormente y haga clic en Ejecutar para iniciar el proceso de impresión. Una vez que se complete la impresión de la arteria carótida, use una jeringa y una aguja para inyectar dos mililitros de cloruro de calcio 200 milimolares dihidratados alrededor de la construcción.

Después de un mínimo de tres horas, retire la cama de soporte de gel líquido de alrededor de la construcción y lávela suavemente en PBS. Luego retire la construcción del baño de soporte con una espátula. Se observó la adaptación de la resolución de impresión de las redes de alginato y colágeno en función del diámetro del filamento mediante extrusión a 30, 60 y 120 kilopascales y los resultados demostraron que la resolución era directamente ajustable con los cambios en la presión de extrusión.

Para lograr un gradiente de propiedades mecánicas similares a las encontradas en la piel, se utilizaron diferentes proporciones de pectina y colágeno en las capas dérmica e hipodérmica, dando como resultado una estructura sin signos de delaminación. Se observó un alto nivel de viabilidad celular en toda la estructura después de 14 días de cultivo durante los cuales los materiales se endurecieron, lo que indica la remodelación del material. Para la reología, es importante que la muestra se cargue correctamente para garantizar datos reproducibles, y para la bioimpresión, es importante que la estructura esté completamente reticulada antes de retirarla del lecho de soporte.

El cultivo de construcciones de tejido a gran escala durante períodos prolongados ayuda a explorar la respuesta de las células incrustadas a los estímulos físicos y químicos.