Modelage tridimensionnel de biofilms d’ingénierie avec une Bioimprimeur de bricolage

Summary

Cet article décrit une méthode de transformation d’une imprimante 3D commerciale à faible coût en une imprimante 3D bactérienne qui peut faciliter l’impression de biofilms à motifs. Tous les aspects nécessaires de la préparation du bioimprimeur et de la bio-encre sont décrits, ainsi que des méthodes de vérification pour évaluer la formation de biofilms.

Abstract

Les biofilms sont des agrégats de bactéries incorporées dans une matrice extracellulaire à motifs spatialement auto-produits. Les bactéries au sein d’un biofilm développent une résistance accrue aux antibiotiques, qui présente des dangers potentiels pour la santé, mais peuvent également être bénéfiques pour les applications environnementales telles que la purification de l’eau potable. Le développement ultérieur de thérapies antibactériennes et d’applications inspirées par le biofilm exigera le développement de méthodes reproductibles et ingéniables pour la création de biofilms. Récemment, une nouvelle méthode de préparation de biofilm utilisant une imprimante tridimensionnelle (3D) modifiée avec une encre bactérienne a été développée. Cet article décrit les étapes nécessaires à la construction de cette bio-imprimante 3D efficace et économique qui offre plusieurs applications dans le traitement des matériaux induits par les bactériotiques. Le protocole commence par une imprimante 3D commerciale adaptée dans laquelle l’extrudeuse a été remplacée par un distributeur d’encre bio relié à un système de pompe à seringue permettant un flux continu et contrôlable de bio-encre. Pour développer une bio-encre appropriée pour l’impression de biofilm, les bactéries d' Escherichia coli modifiées ont été suspendues dans une solution d’alginate, de sorte qu’elles solidifient en contact avec une surface contenant du calcium. L’inclusion d’un produit chimique inducteur dans le substrat d’impression entraîne l’expression de protéines de biofilm dans la bio-encre imprimée. Cette méthode permet l’impression 3D de divers modèles spatiaux composés de couches discrètes de biofilms imprimés. Ces biofilms contrôlés spatialement peuvent servir de systèmes modèles et peuvent trouver des applications dans de multiples domaines qui ont un impact large sur la société, y compris la prévention de la résistance aux antibiotiques ou la purification de l’eau potable, entre autres.

Introduction

Il est actuellement de plus en plus nécessaire de développer des solutions respectueuses de l’environnement et durables pour la production de matériaux à motifs spatiaux, en raison du nombre croissant de marchés pour ces matériaux¹. Cet article présente une méthode simple et économique pour la production de ces matériaux et offre donc un large éventail d’applications futures. La méthode présentée ici permet l’impression tridimensionnelle (3D) de structures spatialement modelés à l’aide d’une bio-encre contenant des bactéries vivantes. Les bactéries demeurent viables dans les structures imprimées pendant plus d’une semaine, ce qui permet aux bac....

Protocol

1. conversion d’une imprimante 3D commerciale en bioimprimante 3D

1. Retirez l’extrudeuse et le radiateur d’une imprimante 3D commerciale (table des matières) du cadre de l’imprimante et débranchez le câblage contrôlant ces éléments de la carte de circuit principal (figure 1a). Étant donné que le capteur qui contrôle la température de fonctionnement de l’imprimante doit être fonctionnel pour communiquer avec le logiciel de l’imprimante, retirez du logiciel d’impression l’algorithme qui retarde l’impression jusqu’à ce que la température opérationnelle soit atteinte.
2. Raccorder une pointe de pipette (200 μL ....

Results

La première étape pour l’impression 3D réussie des biofilms est la conversion d’une imprimante 3D commerciale en bioimprimeur. Cette conversion est obtenue en enlevant l’extrudeuse et le radiateur de l’imprimante, conçus pour l’impression avec une encre polymérique, et en les remplaçant par des composants appropriés pour l’impression de bio-encres contenant des bactéries vivantes (figure 1a). L’extrudeuse est remplacée par une pointe de pipette (ou des pointe.......

Discussion

Le protocole présenté ici pour l’impression 3D de biofilms d’ingénierie a deux étapes critiques. La première est la préparation de la surface d’impression de gélose, qui est le facteur le plus critique pour produire une résolution d’impression spécifique. Il est important de s’assurer que la surface d’impression est plane et que la pointe de la pipette sur la tête de tête est positionnée à la bonne hauteur de la surface. Si la surface n’est pas plane, la distance de travail changera pendant le processus d’impression. Si .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Imprimante 3D	CoLiDo	3D-P Kit
Logiciel d’impression 3D	CoLiDo	Print-Rite ColiDo Repetier-Host v2.0.1
Agar	Sigma-Aldrich	05040
CaCl2 dihydrate	Sigma-Aldrich	C7902
Centrifugeuse	Eppendorf	5810 R
Chloramphénicol	Sigma-Aldrich	3886.1
LB bouillon en poudre	Sigma-Aldrich	L3022
Agitateur orbital	VWR	89032-092	Modèle 3500 Boîte
Pétri	VWR	25384-326	150 x 15 mm
Rhamnose	Sigma-Aldrich	83650
Tube en silicone	VWR  ;	DENE 3100103/25
Pousse-seringue	ProSense B.V.  ;	NE-300
Alginate	de sodium Sigma-Aldrich	W201502
Citrate de sodium monobasique	Sigma-Aldrich	71498
Hydroxyde de sodium	VWR	28244.295