Gels fluides d’agarose formés par traitement de cisaillement pendant la gélification pour la bio-impression 3D en suspension

La possibilité d’utiliser différentes bio-encres est primordiale pour le développement réussi de structures bio-imprimées, et cette technologie facilite l’utilisation de matériaux généralement incompatibles avec les techniques d’impression conventionnelles. Le milieu de suspension empêche l’effondrement des bio-encres à faible viscosité lorsqu’elles sont déposées et permet l’intégration de différentes bio-encres dans une même construction pour créer des variations régionales dans les propriétés chimiques et mécaniques qui s’apparentent davantage aux tissus natifs. Le Dr Tom Robertson, chercheur de l’Université de Birmingham, et le Dr Jessica Senior, chercheuse à l’Université de Huddersfield, feront la démonstration de la procédure.

Pour commencer, allumez le rhéomètre et insérez des géométries dentelées de 40 millimètres, ce qui lui permet de rester debout pendant 30 minutes. Mettez à zéro la hauteur d’écart du rhéomètre à l’aide de la fonction de hauteur d’espace zéro. Ajouter environ deux millilitres d’échantillon sur la plaque inférieure et abaisser la géométrie supérieure pour créer une hauteur d’écart d’un millimètre.

Coupez l’échantillon en enlevant l’excès de matière expulsé entre les plaques à l’aide d’un bord plat et non abrasif pour éloigner l’excès de liquide de l’espace et absorbez-le avec du papier de soie. Pour déterminer l’injectabilité de la bio-encre, effectuez des profils de viscométrie en sélectionnant Test de viscométrie dans les options de l’utilisateur. Entrez les paramètres pour un essai de rampe contrôlée à taux de cisaillement de 0,1 à 500 par seconde avec un temps de rampe d’une minute.

Chargez un nouvel échantillon et répétez le processus pour assurer la reproductibilité. Pour déterminer les caractéristiques gélifiantes de la bio-encre, de petits tests de déformation ont été effectués en sélectionnant Test oscillatoire parmi les options de l’utilisateur. Paramètres d’entrée dans un seul test de fréquence sous déformation constante, comme la fréquence d’un hertz, déformation de 0,5% sur une heure pendant que l’encre gélifie.

Répéter l’essai de la rampe de viscométrie sur de nouveaux échantillons sous contrôle des contraintes en utilisant les contraintes supérieures et inférieures déterminées à partir de l’essai de rampe contrôlée à vitesse de cisaillement contrôlée, comme démontré précédemment. Pour effectuer des mesures d’amplitude et de fréquence in situ sur des échantillons gélifiés, sélectionnez un test oscillatoire dans les options utilisateur. Après avoir sélectionné le balayage d’amplitude, entrez les paramètres d’un test de balayage d’amplitude contrôlé à une tension de 0,01 à 500 % à une fréquence constante d’un hertz.

Après avoir terminé le test, analysez les spectres pour déterminer la région viscoélastique linéaire. Chargez un nouvel échantillon sur le rhéomètre et laissez-le gélifier. Sélectionnez ensuite un test oscillatoire dans les options utilisateur.

Sélectionnez les paramètres d’essai de fréquence et de fréquence d’entrée compris entre 0,01 et 10 hertz et une déformation dans la région viscoélastique linéaire des spectres déterminée à partir des données de balayage d’amplitude obtenues précédemment. Pour lancer un logiciel de CAO et lancer la génération d’un modèle CAO, sélectionnez l’option Outils, puis cliquez sur Matériaux dans le logiciel de CAO pour définir les paramètres d’impression de la bio-encre choisie. Entrez le diamètre de filament estimé dans l’onglet Epaisseur pour déterminer l’épaisseur z de chaque couche.

Pour concevoir la structure couche par couche, utilisez les onglets Calque du logiciel, regroupez les calques à l’aide de l’onglet Groupe et affectez chaque calque à un niveau sur le plan z à l’aide de l’onglet Niveau. Générez une structure en réseau en créant une couche avec les filaments le long de l’axe x et une deuxième couche le long de l’axe y et affectez les deux à un niveau séparé. Sous l’onglet Groupe, déterminez la hauteur de construction en sélectionnant le nombre d’unités répétées dans la structure.

Cliquez ensuite sur l’outil Générer pour créer un code G pour la conception et afficher un rendu 3D de la structure. Dans la bio-imprimante, aliquote la bio-encre dans la cartouche d’impression et vissez-la dans la tête d’impression au-dessus de la micro-valve. Cliquez ensuite sur la fonction de mesure de la longueur de l’aiguille pour calibrer la tête d’impression.

Ensuite, connectez la tête d’impression assemblée au système de pression pneumatique et chargez le récipient de culture sur la plate-forme d’impression. Une fois qu’une pression appropriée a été sélectionnée, ouvrez le code G généré précédemment et cliquez sur Exécuter pour lancer le processus d’impression. Une fois l’impression de l’artère carotide terminée, utilisez une seringue et une aiguille pour injecter deux millilitres de chlorure de calcium dihydraté de 200 millimolaires autour de la construction.

Après un minimum de trois heures, retirez le lit de support de gel fluide autour de la construction et lavez-le doucement dans du PBS. Ensuite, retirez la construction du bain de support à l’aide d’une spatule. On a observé une adaptation de la résolution d’impression des réseaux d’alginate et de collagène en fonction du diamètre du filament par extrusion à 30, 60 et 120 kilopascals et les résultats ont démontré que la résolution était directement réglable avec les changements de pression d’extrusion.

Pour obtenir un gradient de propriétés mécaniques similaires à celles trouvées dans la peau, différentes proportions de pectine et de collagène ont été utilisées dans les couches dermiques et hypodermiques, résultant en une structure sans signe de délamination. Un niveau élevé de viabilité cellulaire a été observé dans toute la structure après 14 jours de culture au cours desquels les matériaux se sont raidis, indiquant un remodelage du matériau. Pour la rhéologie, il est important que l’échantillon soit chargé correctement pour garantir des données reproductibles, et pour la bio-impression, il est important que la structure soit entièrement réticulée avant de la retirer du lit de support.

La culture de constructions tissulaires à grande échelle pendant de longues périodes aide à explorer la réponse des cellules intégrées aux stimuli physiques et chimiques.