Fragmentation d’hydrogels en vrac et transformation en hydrogels granulaires pour des applications biomédicales

Les hydrogels granulaires sont une nouvelle classe passionnante de biomatériaux avec de nombreuses propriétés avantageuses. Nous espérons qu’en partageant ces méthodes, nous pourrons accroître l’accès et l’innovation dans les hydrogels granulaires pour les applications biomédicales. Cette technique est simple, peu coûteuse, facilement adaptable à de nombreuses chimies et peut être mise en œuvre dans pratiquement n’importe quel laboratoire.

Chargez une seringue de 3 millilitres avec la solution de précurseur d’hydrogel. Retirez le piston à l’arrière d’une seringue vide de 3 millilitres et ajoutez un capuchon de pointe au sommet du barillet de la seringue. Utilisez une pipette de 1 000 microlitres pour transférer la solution de précurseur d’hydrogel dans le barillet de la seringue avec le capuchon de la pointe.

Tenez le barillet de seringue avec la solution de précurseur d’hydrogel dans une main avec le capuchon de pointe vers le bas et l’extrémité ouverte du canon vers le haut. Remettez le piston de la seringue à l’ouverture de l’arrière du barillet de la seringue. Poussez doucement le piston de la seringue dans le baril juste assez pour sceller l’ouverture à l’arrière du barillet de la seringue, en tenant soigneusement le piston et le barillet de la seringue ensemble pour vous assurer que l’arrière du baril de la seringue est scellé avec le piston.

Inversez la seringue de telle sorte que le piston soit tourné vers le bas et que le capuchon de pointe soit maintenant tourné vers le haut. Retirez le capuchon de la pointe et poussez doucement le piston dans le barillet de la seringue jusqu’à ce que tout l’air soit retiré de la seringue. Reconnectez le capuchon de la pointe à la seringue.

Assurez-vous que la solution de précurseur d’hydrogel est fixée dans la seringue de 3 millilitres avec un embout. Assurez-vous que l’équipement de protection individuelle et les mesures de protection appropriés sont pris avant d’allumer la lampe UV. Placez la seringue de 3 millilitres chargée de la solution de précurseur d’hydrogel sous la lampe de durcissement par points UV pendant la durée souhaitée pour une photo-réticulation complète.

Éteignez la lampe UV et retirez la seringue. Assurez-vous que l’hydrogel est maintenant photo-réticulé dans la seringue. Retirez le piston à l’arrière d’une seringue vide de 3 millilitres.

Fixez un embout à la serrure luer. Retirez le capuchon de la seringue contenant l’hydrogel en vrac photo-réticulé. Aligner le haut de la seringue d’hydrogel avec l’ouverture du barillet sur la seringue vide.

Extruder l’hydrogel en vrac à travers l’ouverture de la seringue dans le baril de la seringue vide. Tenez la seringue qui contient l’hydrogel extrudé de telle sorte que le capuchon de la pointe soit tourné vers le bas et que l’ouverture du barillet soit tournée vers le haut. À l’aide d’une pipette de 1 000 microlitres, ajoutez 1,5 microlitre de PBS au barillet de la seringue.

Alignez le piston de la seringue avec l’ouverture du canon, en poussant à peine le piston suffisamment pour créer un joint. Inverser la seringue de telle sorte que le piston soit maintenant tourné vers le bas et que le capuchon de pointe soit tourné vers le haut, en veillant à maintenir le piston et le barillet de la seringue ensemble en place afin qu’aucun hydrogel ou PBS ne s’échappe. Inverser plusieurs fois pour mélanger l’hydrogel fragmenté avec le PBS ajouté.

Tenez la seringue de telle sorte que le capuchon de pointe soit tourné vers le haut et que le piston soit tourné vers le bas. Retirez le capuchon de la pointe. Très doucement, poussez le piston vers le haut pour retirer tout air de l’intérieur de la seringue.

Extruder la solution d’hydrogel fragmentée à travers une série d’aiguilles pour créer des microgels fragmentés. Fixez une aiguille émoussée de calibre 18 au sommet de la seringue contenant l’hydrogel fragmenté et le PBS. Retirez le piston d’une seringue fraîche de 3 millilitres et fixez un capuchon de pointe au barillet de seringue vide.

Extruder la solution d’hydrogel fragmentée à travers l’aiguille de calibre 18 à l’arrière du barillet de seringue vide. Jetez la seringue et l’aiguille vides dans le flux de déchets tranchants approprié. Répétez l’extrusion de la solution d’hydrogel avec une aiguille de calibre 23, 27 et 30.

Lors de la dernière étape d’extrusion, extruder la solution de microgel fragmentée dans des tubes de microcentrifugation. Lavez et isolez la suspension de microgel fragmentée. À l’aide d’une microcentrifugeuse, faire tourner la solution de microgel fragmentée à 5 000 fois g pendant 5 minutes.

Utilisez une pipette pour retirer le surnageant. Ajouter 1 millilitre de PBS à chaque tube de microcentrifugation contenant des microgels fragmentés et un vortex pendant 5 à 10 secondes. Combinez 20 microlitres de suspension de microgel fragmentée avec 180 microlitres de PBS pour créer une suspension de microgel fragmentée diluée.

Vortex à bien mélanger. Transférer 50 microlitres de suspension de microgel fragmenté dilué sur une lame de microscope en verre. Utilisez un microscope épifluorescent pour acquérir des images de microgels marqués par fluorescence à un zoom de 4x ou 10x.

Confiture de microgels fragmentés utilisant la filtration sous vide. Assemblez et testez l’appareil de filtration sous vide. Fixez un entonnoir Buchner à l’intérieur d’une fiole filtrante.

Utilisez un tube pour connecter le ballon filtrant à une conduite de vide. Placez un filtre à membrane dans la tasse en entonnoir Buckner. Allumez la ligne de vide en ouvrant la vanne à cadran.

Testez le raccord en pipetant environ 0,5 millilitre de PBS sur le filtre à membrane et observez que tout le PBS passe à travers le filtre et s’accumule dans le fond de la fiole filtrante. Après avoir allumé la ligne de vide et assuré une étanchéité complète, vortex la solution de microgel fragmentée. À l’aide d’une pipette de 1 000 microlitres, transférez la solution de microgel fragmentée sur le filtre à membrane.

Attendez environ 30 secondes que le vide retire le PBS de la solution de microgel. Éteignez la ligne de vide. Procurez-vous une seringue fraîche de 3 millilitres et retirez le piston.

Utilisez une spatule métallique pour extraire l’hydrogel granulaire fragmenté du filtre et transférez-le à l’arrière du barillet de seringue vide. Remettez le piston dans la seringue. Chargez l’hydrogel granulaire fragmenté dans la seringue et il est maintenant prêt à l’emploi.

Retirez le capuchon de la pointe et remplacez-le par une aiguille de votre choix. Chargez la seringue dans la plate-forme d’impression de votre choix. Chargez le fichier G-code préparé de la phase de planification dans le logiciel d’impression 3D.

Accédez au panneau Aperçu avant impression et appuyez sur Imprimer. Dès que le dépôt d’impression est terminé, exposez les constructions d’hydrogel granulaire fragmentées à la lumière UV pour la photo-réticulation et la stabilisation. La fragmentation par extrusion donne des microgels avec des formes polygonales déchiquetées avec des diamètres allant de 10 à 300 micromètres.

La circularité varie de 0,2 à presque 1 et le rapport d’aspect varie de 1 à 3. Ces paramètres décrivent les formes irrégulières et déchiquetées des microgels formées par le processus de fragmentation. Lorsqu’il est emballé ensemble à l’aide d’une centrifugation ou d’une filtration sous vide, l’hydrogel granulaire assemblé est amincissant par cisaillement et auto-cicatrisant.

L’hydrogel granulaire fragmenté a une fidélité de forme et une intégrité mécanique élevées pour un hydrogel injectable. En plus d’utiliser des hydrogels granulaires fragmentés pour l’impression 3D, ces systèmes peuvent également être utilisés comme plates-formes de culture cellulaire in vitro, ainsi que comme systèmes injectables pour la réparation des tissus et l’administration de médicaments. Ces méthodes simples et peu coûteuses apportent les avantages des biomatériaux d’hydrogel granulaire à un plus grand nombre de chercheurs, ce qui permet un accès accru à la fabrication d’hydrogel granulaire ainsi qu’à l’innovation dans le domaine des biomatériaux.