עבודה זו מתארת שיטות פשוטות, ניתנות להתאמה ובעלות נמוכה לייצור מיקרוג'לים עם פיצול שחול, לעבד את המיקרוג'לים להידרוג'לים גרגיריים הניתנים להזרקה, וליישם את ההידרוג'לים הגרעיניים כדיו להדפסת שחול עבור יישומים ביו-רפואיים.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
פיצול הידרוג'לים בתפזורת ועיבוד להידרוג'לים גרעיניים ליישומים ביו-רפואיים
במאמר זה
סיכום
תקציר
הידרוג'לים גרעיניים הם מכלולים תקועים של מיקרו-חלקיקי הידרוג'ל (כלומר, "מיקרוג'לים"). בתחום הביו-חומרים, להידרוג'לים גרגיריים יש תכונות יתרון רבות, כולל יכולת הזרקה, נקבוביות בקנה מידה זעיר ויכולת כוונון על ידי ערבוב אוכלוסיות מיקרוג'ל מרובות. שיטות לייצור מיקרוג'לים מסתמכות לעתים קרובות על תחליבי מים בשמן (למשל, מיקרופלואידיקה, תחליב אצווה, אלקטרוספרייינג) או פוטוליתוגרפיה, אשר עשויים להציג דרישות גבוהות במונחים של משאבים ועלויות, וייתכן שאינם תואמים להידרוג'לים רבים. עבודה זו מפרטת שיטות פשוטות אך יעילות ביותר לייצור מיקרו-ג'לים באמצעות פיצול שחול ולעיבודם להידרוג'לים גרעיניים שימושיים ליישומים ביו-רפואיים (למשל, דיו להדפסה בתלת-ממד). ראשית, הידרוג'לים בתפזורת (תוך שימוש בחומצה היאלורונית ניתנת לפוטו-קרוסלינק (HA) כדוגמה) מובלטים באמצעות סדרה של מחטים בקטרים קטנים יותר ברצף כדי ליצור מיקרוג'לים מקוטעים. טכניקת ייצור מיקרו-ג'ל זו היא מהירה, בעלות נמוכה וניתנת להרחבה רבה. מתוארות שיטות לחסימת מיקרוג'לים להידרוג'לים גרגיריים על ידי צנטריפוגה וסינון מונחה ואקום, עם קישור פוסט-קרוסלינקינג אופציונלי לייצוב הידרוג'ל. לבסוף, הידרוג'לים גרגיריים המיוצרים ממיקרוג'לים מקוטעים מודגמים כדיו להדפסת שחול. בעוד שהדוגמאות המתוארות כאן משתמשות ב- HA הניתן לניתוק פוטו-קרוסלינק להדפסה תלת-ממדית, השיטות ניתנות להתאמה בקלות למגוון רחב של סוגי הידרוג'ל ויישומים ביו-רפואיים.
מבוא
הידרוג'לים גרעיניים מיוצרים באמצעות אריזה של חלקיקי הידרוג'ל (כלומר, מיקרוג'לים) והם סוג מרגש של ביו-חומרים עם תכונות יתרון רבות ליישומים ביו-רפואיים 1,2,3. בשל המבנה החלקיקי שלהם, הידרוג'לים גרגיריים מדללים גזירה ומרפאים את עצמם, ומאפשרים את השימוש בהם כדיו בהדפסת שחול (ביו), תמיכות גרגיריות להדפסה משובצת וטיפולים הניתנים להזרקה 4,5,6,7,8,9. בנוסף, החלל הריק בין מיקרוגלים מספק נק....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול
1. ייצור הידרוג'לים בתפזורת בתוך מזרק באמצעות פוטו-קרוסלינקינג
הערה: סקירה כללית של ייצור הידרוג'ל בתפזורת בתוך מזרק באמצעות פוטו-קרוסלינקינג מוצגת באיור 1. פרוטוקול זה משתמש בחומצה היאלורונית שעברה שינוי בנורבורן (NorHA) כדי לייצר הידרוג'לים בתפזורת באמצעות תגובת תיול-ene בתיווך פוטו. נהלים מפורטים לסינתזה של NorHA מתוארים במקום אחר38. עם זאת, פרוטוקול זה הוא מותאם מאוד לכל הידרוג'ל photocrosslinkable. ראה דיון לקבלת מידע נוסף.
- נקבעו מראש ריכוזים רצויים של פולימר, קרוסלינקר ויוזמים לפורמולציה של הידרוג'ל בתפזורת. בפרוטוקול זה, תמיסת מבשר ההידרוג'ל מורכבת מנורH....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תוצאות
תוצאות מייצגות מפרוטוקולים אלה מוצגות באיור 3 ובאיור 6. פיצול שחול מניב מיקרוג'לים בעלי צורות מצולע משוננות בקטרים הנעים בין 10-300 מיקרומטר (איור 3). יתר על כן, מעגליות נעה בין 0.2 (לא מעגלי) לכמעט 1 (מעגל מושלם), ויחס הגובה-רוחב נע בין 1-3 (איור 3). פרמטרים אלה מתארים את צורות המיקרוג'ל הלא סדירות והמשוררות שנוצרו על ידי תהליך הפיצול.
כאשר הוא נארז יחד באמצעות צנטריפוגה או .......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דיון
כאן מתוארות שיטות לייצור הידרוג'לים גרעיניים באמצעות מיקרוג'לים מקוטעים של שחול ואריזה על ידי צנטריפוגה או סינון מונחה ואקום. בהשוואה לשיטות אחרות לייצור מיקרוג'ל (כלומר, מיקרופלואידיקה, תחליב אצווה, אלקטרוספרייינג, פוטוליתוגרפיה), ייצור מיקרו-ג'ל של פיצול שחול הוא מהיר מאוד, בעלות נמוכה, ניתן להרחבה בקלות, וניתן להרחבה בקלות, וניתן להרחבה למגוון רחב של מערכות הידרוג'ל. יתר על כן, פרוטוקול זה ניתן לחזרה רבה עם שונות מינימלית של אצווה לאצווה, אשר התאפיינה בעבודה הקודמת39.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
גילויים
למחברים אין אינטרסים כלכליים מתחרים.
תודות
עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדע באמצעות תוכנית MRSEC של UPenn (DMR-1720530) ומלגות מחקר לתארים מתקדמים (ל- V.G.M ו- M.E.P.) והמכונים הלאומיים לבריאות (R01AR077362 עד J.A.B.).
....הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
חומרים
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 15 מ"ל צינור צנטריפוגה חרוטי מפלסטיק | קורנינג | 430766 | |
| 30 גרם NT פרימיום סדרת טיפ חלוקה | Jensen Global | JG30-0.5HPX | מספר קטלוגי המופיע כאן הוא עבור מחט 30 גרם, 0.5 אינץ'. גדלים שונים זמינים. |
| מזרקים חד פעמיים BD עם טיפים של Luer-Lok (3 מ"ל) | Fisher Scientific | 14-823-435 | המספר הקטלוגי המופיע כאן הוא עבור מזרק 3 מ"ל. גדלים שונים זמינים (14-823-XXX). |
| תיקיות שחורות | ספקים | ||
| שונים מחט בדיקה חד פעמית לשימוש עם מזרקים ומכונות חלוקה (18 גרם, 0.5 אינץ') | של Grainger | 5FVH5 | המופיע כאן הוא עבור מחט 18 גרם, 0.5 אינץ'. גדלים שונים זמינים. |
| מחט בדיקה חד פעמית לשימוש עם מזרקים ומכונות חלוקה (23 גרם, 0.5 אינץ') | Grainger | 5FVJ3 | |
| לשימוש עם מזרקים ומכונות חלוקה (27 גרם, 1.5 אינץ') | Grainger | 5FVL0 | |
| Dulbecco's Phosphate Buffered | Saline Fisher Scientific | 14190-250 | המספר הקטלוגי המופיע כאן הוא עבור מארז של בקבוקי 10 x 500 מ"ל. |
| מסנן ממברנה Durapore, 0.22 ומיקרו; m | Millipore | GVWP04700 | |
| מיקרוסקופ אפיפלואורסצנטי או קונפוקלי | ספקים | כדי לדמיין מיקרוג'לים והידרוג'לים גרגירים | |
| Eppendorf Snap-Cap Microcentrifuge Safe-Lock Tubes | Fisher Scientific | 05-402-25 | |
| מדפסת שחול | בהתאמה | ניתן להשתמש במדפסות שחול אחרות, כגון BIOX זמין מסחרית. | |
| מתאמי סינון | פישר סיינטיפיק | 05-888-107 | המספר הקטלוגי המופיע כאן הוא עבור סט בגדלים מרובים. גדלים שונים זמינים (05-888-XXX). |
| בקבוק סינון | ספקים | ||
| פלואורסצאין איזותיוציאנט-דקסטרן (2 MDa) | Sigma-Aldrich | 52471 | |
| שקופית מיקרוסקופ זכוכית | ספקים | ||
| ImageJ | המכונים הלאומיים לבריאות | "ניתוח חלקיקים" קישור מידע: | |
| https://imagej.nih.gov/ij/docs/menus/analyze.html מחשב נייד | ספקים | ||
| Luer-Lock Tip Caps | Integrated Dispensin g Solutions | 9991329 | |
| מרית מתכת לגריפה | של ספקים | ||
| מיקרוצנטריפוגה | ספקים שונים ספקים | המסוגלים למהירות של עד 18,000 x | |
| g Microscoft Execl | Microsoft | ניתן להשתמש בתוכניות אחרות, כגון Google Slides. | |
| OmniCure S2000 מערכת ריפוי UV ספוט | Excelitas Technologies | S2000 | ניתן להשתמש במערכות אור שונות לייצור הידרוג'לים בתפזורת במידת הצורך. |
| משפך בוכנר פורצלן עם צלחת מחוררת קבועה | של פישר מדעי | FB966C | המופיע כאן מיועד לצלחת בקוטר 56 מ"מ. גדלים שונים זמינים. |
| רדיומטר | ספקים | ||
| Repetier Host | Hot-World GmbH & Co. KG | תוכנת הדפסת תלת מימד | |
| מדפסת שחול מבוססת בורג | ספקים | מחקר זה השתמש במדפסת FDM תלת מימדית מותאמת אישית (Velleman K8200). קיימות חלופות רבות. | |
| תוכנת Solidworks/CAD | Dassault Systè mes SolidWorks Corporation | ניתן להשתמש בתוכניות אחרות, כגון Blender או TinkerCAD. | |
| צינורות לחיבור בקבוק פילטר לקו ואקום | ספקים | ||
| הגנת עיניים UV (כלומר, משקפי בטיחות) | ספקים |
מקורות
- Daly, A. C., Riley, L., Segura, T., Burdick, J. A. Hydrogel microparticles for biomedical applications. Nature Reviews Materials. 5 (1), 20-43 (2020).
- Qazi, T. H., Burdick, J. A. Granular hydrogels for endogenous tissue repair. Biomaterials and Biosystems. 1, 10....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הדפסות חוזרות והרשאות
