Échafaudages 3D macroporeux interconnectés à partir de tiges de microgel

Dirk Rommel; Sitara Vedaraman; Matthias Mork; Laura De Laporte

doi:10.3791/64010

Article de méthode

Échafaudages 3D macroporeux interconnectés à partir de tiges de microgel

DOI :

10.3791/64010

⸱

16 juin 2022

Dirk Rommel¹^,² , Sitara Vedaraman¹^,² , Matthias Mork¹^,² , Laura De Laporte¹^,²^,³

¹DWI - Leibniz Institute for Interactive Materials, ²Institute for Technical and Macromolecular Chemistry, RWTH Aachen University, ³Institute of Applied Medical Engineering, Department of Advanced Materials for Biomedicine, RWTH Aachen University

Dans cet article

Résumé

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Les tiges de microgel avec des groupes réactifs complémentaires sont produites via la microfluidique avec la capacité de s’interconnecter en solution aqueuse. Les microgels anisométriques se coincent et s’interconnectent en constructions stables avec des pores plus grands par rapport aux systèmes sphériques. Les microgels modifiés avec GRGDS-PC forment des constructions 3D macroporeuses qui peuvent être utilisées pour la culture cellulaire.

Résumé

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Un système à deux composants de microgels fonctionnalisés issus de la microfluidique permet une interconnexion rapide dans des constructions macroporeuses 3D dans des solutions aqueuses sans autres additifs. La gélification continue sur puce photoinitiée permet de faire varier le rapport d’aspect du microgel, ce qui détermine les propriétés des blocs de construction pour les constructions obtenues. Les monomères de méthacrylate de glycidyle (GMA) ou de méthacrylate de 2-aminoéthyle (AMA) sont copolymérisés dans le réseau de microgels à base de polymères étoilés de polyéthylèneglycol (PEG) pour obtenir une fonctionnalité époxy ou amine. Un flux d’huile de focalisation est introduit dans la structure de sortie microfluidique pour assurer une collecte continue des tiges de microgel fonctionnalisées. Sur la base d’une publication récente, les constructions à base de tiges de microgel entraînent des pores plus grands de plusieurs centaines de micromètres et, en même temps, conduisent à une stabilité globale plus élevée de l’échafaudage par rapport à un modèle sphérique. De cette façon, il est possible de produire des constructions à volume plus élevé avec plus de volume libre tout en réduisant la quantité de matériau nécessaire. Les échafaudages macroporeux interconnectés peuvent être ramassés et transportés sans dommage ni désintégration. Les groupes amine et époxy non impliqués dans l’interconnexion restent actifs et peuvent être utilisés indépendamment pour la post-modification. Ce protocole décrit une méthode optimisée pour la fabrication de tiges de microgel pour former des échafaudages macroporeux interconnectés qui peuvent être utilisés pour des expériences cellulaires ultérieures.

Introduction

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Pour étudier le comportement coopératif complexe des cellules dans les constructions 3D, les plates-formes d’échafaudage doivent montrer des performances constantes en termes de reproductibilité, avoir une géométrie appropriée pour la migration cellulaire et, en même temps, permettre une certaine flexibilité en termes d’altération des paramètres pour étudier leur influence sur le tissu vivant¹. Au cours des dernières années, le concept de particules recuites macroporeuses (MAP), décrit pour la première fois par Segura et al., s’est développé en une plate-forme efficace et polyvalente pour la production d’échafaudages 3D²....

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Protocole

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1. Matériel et préparations nécessaires pour la microfluidique

Pour la procédure microfluidique décrite, utiliser des seringues en verre de 1 mL et 5 mL et des pousse-seringues. La formation de gouttelettes sur puce est observée à l’aide d’un microscope inversé équipé d’une caméra à haute vitesse.
Créer la conception de la puce microfluidique (Figure 1B) à l’aide d’un logiciel de conception assistée par ordinateur et produire un gabarit maître comme déjà indiqué¹².
Obtenez une irradiation UV contrôlée à l’aide d’une LED UV auto-construite (λ = 365 nm, diamètre....

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Résultats

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Figure 2 : Structure d’échafaudage macroporeux réticulé. (A) Projection 3D d’une pile Z de microscopie confocale de 500 μm de l’échafaudage macroporeux interconnecté. La barre d’échelle représente 500 μm. (B) Échafaudage interconnecté composé de ~10 000 tiges de microgel sur un verre de couverture prélevé directemen.......

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Discussion

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L’une des étapes critiques de ce protocole est la qualité du méthacrylate de 2-aminoéthyle (AMA) utilisé comme comonomère pour la fonctionnalisation des amines primaires. L’AMA doit être une poudre à grain fin et de préférence incolore livrée dans un récipient en verre brun étanche aux gaz. Il faut éviter d’utiliser un matériau verdâtre et grumeleux, car il altère considérablement la réaction de gélification et affecte négativement la reproductibilité des résultats. En cas de mauvaise gélification et de tiges de microgel.......

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Déclarations de divulgation

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Les auteurs assurent qu’il n’y a pas de conflits d’intérêts.

Remerciements

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Nous exprimons notre gratitude aux coauteurs de nos travaux précédents sur lesquels cette méthodologie est basée, Céline Bastard, Luis P. B. Guerzoni, Yonca Kittel, Rostislav Vinokur, Nikolai Born et Tamás Haraszti. Nous remercions la Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) pour son financement dans le cadre des projets B5 et C3 SFB 985 « Microgels fonctionnels et systèmes de microgels ». Nous reconnaissons le financement du Comité sénatorial de la concurrence de Leibniz (SAW) dans le cadre du Professorinnenprogramm (SAW-2017-PB62: BioMat). Nous reconnaissons sincèrement le financement de la Commission européenne (EUSMI, 731019). Ces travaux ont été réalisés en partie a....

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
ABIL EM 90	Evonik	144243-53-8	surfactant non ionique
Chlorhydrate de méthacrylate de 2-aminoéthyle	TCI Chemicals	A3413	>98.0 %(T)(HPLC)
8-Arm PEG-acrylate 20 kDa	Biochempeg Scientific Inc.	A88009-20K	&ge ; 95 %
AutoCAD 2019	Logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO) Autodesk
CHROMAFIL MV A-20/25 filtre à seringue	~~CHROMAFIL~~Carl Roth GmbH+Co.KG	XH49.1	taille de pores 0,20 µ ; m; Esters mixtes de cellulose (MV)
Verre de couverture	Marienfeld-Superior		type n° 1
EMS Swiss line outil d’échantillonnage de carottes 0,75 mm	Microscopie électronique Sciences		0,77 mm de diamètre intérieur, 1,07 mm de diamètre extérieur
Éthanol absolut	VWR Chemicals
FL3-U3-13Y3M 150 FPS série caméra haute vitesse	FLIR Systems
Isomère de fluorescéinamine I	Sigma-Aldrich	201626
Isothiocyanate de fluorescéine	Thermo Fisher Scientific	46424
25G x 5/8' ’ Aiguilles 0,50 x 16 mm	BD Microlance 3
Méthacrylate de glycidyle	Sigma-Aldrich	779342	&ge ; 97.0 % (GC)
GRGDS-PC	CPC Scientific	FIBN-015A
Hamilton 1000 Series Seringues étanches	aux gaz Thermo Fisher Scientific	10772361/10500052	PFTE Luer-Lock
Hexane	Sigma-Aldrich	1,04,367
Lithium phényl-2,4,6-triméthylbenzoylphosphinate	Sigma-Aldrich	900889	&ge ; 95 %
Microscope trinoculaire Motic AE2000	Ted Pella, Inc.	22443-12
Novec 7100	Sigma-Aldrich	SHH0002
Oil Red O	Sigma-Aldrich	O9755
Paraffine	VWR Chemicals	24679320
Pavone Nanoindenter Platform	Optics11Life
Saline tamponnée au phosphate	Thermo Fisher Scientific	AM9624
Polyéthylène Tube 0,38& fois ; 1,09 mm de qualité médicale	dropletex		ID 0,38 mm OD 1,09 mm
2-Propanol	Sigma-Aldrich	190764	réactif ACS, &ge ; 99.5 %
Protein LoBind Tubes	Eppendorf	30108132
Pump 11 Pico Plus Elite Pompe à seringue programmable	Harvard Apparatus
RPMI 1640 medium	Gibco	11530586
SYLGARD 184 kit d’élastomère de silicone	Dow SYLGARD	634165S
Trichloro-(1H,1H,2H,2H-perfluoroctyl)-silane	Sigma-Aldrich	448931
Boîte de stérilisation UVC LED	UVLED Optical Technology Co., Ltd.	9S SZH8-S2

; modélisation de conceptions microfluidiques

Références

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

Daly, A. C., Riley, L., Segura, T., Burdick, J. A. Hydrogel microparticles for biomedical applications. Nature Reviews Materials. 5 (1), 20-43 (2020).
Griffin, D. R., Weaver, W. M., Scumpia, P. O., Di Carlo, D., Segura, T. Accelerated wound heal....

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Mots-clés

Macroporous Scaffolds Microgel Rods 3D Scaffold Fabrication Microfluidic Gelation Photoinitiated Gelation Polyethylene Glycol Scaffold Pore Size Amine Functionalization Epoxy Functionalization Confocal Microscopy

Échafaudages 3D macroporeux interconnectés à partir de tiges de microgel

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