Name: פיגומי הידרוגל גרגיריים מגלטין מתקרילויל: ייצור מיקרוגל בתפוקה גבוהה, ליופיליזציה, הרכבה כימית והדפסה ביולוגית תלת-ממדית (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-12-09T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 36 s
Description: למד את שיטת ייצור מיקרוג'ל GelMA בתפוקה גבוהה ליופיליזציה והרכבה כימית. גלה כיצד פיגומי הידרוג'ל גרגיריים משמשים להדפסה ביולוגית תלת-ממדית של רקמות ואיברים.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

המחברים רוצים להודות לט' פונד, מומחה לתמיכה במחקר במחלקה להנדסה כימית באוניברסיטת פנסילבניה סטייט (פן סטייט), לצוות מעבדת הננו-פבריקציה בפן סטייט, ולד"ר ג'יי דה רוטה מ-Partillion Bioscience על העזרה והדיון בנוגע לתהליכי ננו-פבריקציה. א. שייח'י מודה על תמיכתם של המכון לחקר חומרים (MRI) והמכללה לחומר הנדסי במענקי זרעים ברמה האנושית, מרכז ההתכנסות למערכות חומרים רב-תכליתיות חיות (LiMC2) ואשכול המצוינות בחיים, מערכות חומרים אדפטיביות ואוטונומיות אנרגיה (livMatS) חומרים חיים רב-תכליתיים תוכנית מענקי זרעים למחקר שיתופי, וקרן הסטארט-אפ מפן סטייט. המחקר שדווח בפרסום זה נתמך חלקית על ידי המכון הלאומי לדימות ביו-רפואי וביו-הנדסה (NIBIB) של המכונים הלאומיים לבריאות (NIH) תחת פרס מספר R56EB032672.

<ol><li>Feng, Q., Li, D., Li, Q., Cao, X., Dong, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microgel+assembly%3A+Fabrication%2C+characteristics+and+application+in+tissue+engineering+and+regenerative+medicine%5BTitle%5D)+AND+%22Bioactive+Materials%22%5BJournal%5D)">Microgel assembly: Fabrication, characteristics and application in tissue engineering and regenerative medicine.</a> Bioactive Materials. 9, 105-119 (2022).</li>
<li>Daly, A. C., Riley, L., Segura, T., Burdick, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrogel+microparticles+for+biomedical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Materials%22%5BJournal%5D)">Hydrogel microparticles for biomedical applications.</a> Nature Reviews Materials. 5 (1), 20-43 (2020).</li>
<li>Griffin, D. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Activating+an+adaptive+immune+response+from+a+hydrogel+scaffold+imparts+regenerative+wound+healing%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Activating an adaptive immune response from a hydrogel scaffold imparts regenerative wound healing.</a> Nature Materials. 20 (4), 560-569 (2021).</li>
<li>Griffin, D. R., Weaver, W. M., Scumpia, P. O., Di Carlo, D., Segura, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Accelerated+wound+healing+by+injectable+microporous+gel+scaffolds+assembled+from+annealed+building+blocks%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Accelerated wound healing by injectable microporous gel scaffolds assembled from annealed building blocks.</a> Nature Materials. 14 (7), 737-744 (2015).</li>
<li>Ding, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Jammed+micro-flake+hydrogel+for+four-dimensional+living+cell+bioprinting%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Jammed micro-flake hydrogel for four-dimensional living cell bioprinting.</a> Advanced Materials. 34 (15), 2109394(2022).</li>
<li>Muir, V. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sticking+together%3A+injectable+granular+hydrogels+with+increased+functionality+via+dynamic+covalent+inter-particle+crosslinking%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Sticking together: injectable granular hydrogels with increased functionality via dynamic covalent inter-particle crosslinking.</a> Small. 18 (36), 2201115(2022).</li>
<li>Sideris, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Particle+hydrogels+based+on+hyaluronic+acid+building+blocks%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Biomaterials+Science+and+Engineering%22%5BJournal%5D)">Particle hydrogels based on hyaluronic acid building blocks.</a> ACS Biomaterials Science and Engineering. 2 (11), 2034-2041 (2016).</li>
<li>Molley, T. G., Hung, T., Kilian, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cell-laden+gradient+microgel+suspensions+for+spatial+control+of+differentiation+during+biofabrication%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Healthcare+Materials%22%5BJournal%5D)">Cell-laden gradient microgel suspensions for spatial control of differentiation during biofabrication.</a> Advanced Healthcare Materials. , 2201122(2022).</li>
<li>Zoratto, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+situ+forming+microporous+gelatin+methacryloyl+hydrogel+scaffolds+from+thermostable+microgels+for+tissue+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Bioengineering+and+Translational%22%5BJournal%5D)">In situ forming microporous gelatin methacryloyl hydrogel scaffolds from thermostable microgels for tissue engineering.</a> Bioengineering and Translational. 5 (3), (2020).</li>
<li>Yuan, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+situ+fused+granular+hydrogels+with+ultrastretchability%2C+strong+adhesion%2C+and+mutli-bioactivities+for+efficient+chronic+wound+care%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Engineering+Journal%22%5BJournal%5D)">In situ fused granular hydrogels with ultrastretchability, strong adhesion, and mutli-bioactivities for efficient chronic wound care.</a> Chemical Engineering Journal. 450, 138076(2022).</li>
<li>Ataie, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoengineered+granular+hydrogel+bioinks+with+preserved+interconnected+microporosity+for+extrusion+bioprinting%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Nanoengineered granular hydrogel bioinks with preserved interconnected microporosity for extrusion bioprinting.</a> Small. 18 (37), 2202390(2022).</li>
<li>Annabi, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((25th+anniversary+article%3A+rational+design+and+applications+of+hydrogels+in+regenerative+medicine%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">25th anniversary article: rational design and applications of hydrogels in regenerative medicine.</a> Advanced Materials. 26 (1), 85-124 (2014).</li>
<li>Rajabi, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+advances+on+bioprinted+gelatin+methacrylate-based+hydrogels+for+tissue+repair%5BTitle%5D)+AND+%22Tissue+Engineering.+Part+A%22%5BJournal%5D)">Recent advances on bioprinted gelatin methacrylate-based hydrogels for tissue repair.</a> Tissue Engineering. Part A. 27 (11-12), 679-702 (2021).</li>
<li>Sheikhi, A., Di Carlo, D., Khademhosseini, A., De Rutte, J. Methods for fabricating modular hydrogels from macromolecules with orthogonal physico-chemical responsivity. U.S. Patent Application. , 17/279,283 (2021).</li>
<li>Sheikhi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic-enabled+bottom-up+hydrogels+from+annealable+naturally-derived+protein+microbeads%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Microfluidic-enabled bottom-up hydrogels from annealable naturally-derived protein microbeads.</a> Biomaterials. 192, 560-568 (2019).</li>
<li>Hinton, T. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+printing+of+complex+biological+structures+by+freeform+reversible+embedding+of+suspended+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Advances%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional printing of complex biological structures by freeform reversible embedding of suspended hydrogels.</a> Science Advances. 1 (9), (2015).</li>
<li>Seymour, A. J., Shin, S., Heilshorn, S. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+printing+of+microgel+scaffolds+with+tunable+void+fraction+to+promote+cell+infiltration%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Healthcare+Materials%22%5BJournal%5D)">3D printing of microgel scaffolds with tunable void fraction to promote cell infiltration.</a> Advanced Healthcare Materials. 10 (18), 2100644(2021).</li>
<li>Lee, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+bioprinting+of+collagen+to+rebuild+components+of+the+human+heart%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">3D bioprinting of collagen to rebuild components of the human heart.</a> Science. 365 (6452), 482-487 (2019).</li>
<li>de Rutte, J. M., Koh, J., Di Carlo, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scalable+high-throughput+production+of+modular+microgels+for+in+situ+assembly+of+microporous+tissue+scaffolds%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Functional+Materials%22%5BJournal%5D)">Scalable high-throughput production of modular microgels for in situ assembly of microporous tissue scaffolds.</a> Advanced Functional Materials. 29 (25), 1900071(2019).</li>
<li>Sheikhi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modular+microporous+hydrogels+formed+from+microgel+beads+with+orthogonal+thermo-chemical+responsivity%3A+Microfluidic+fabrication+and+characterization%5BTitle%5D)+AND+%22MethodsX%22%5BJournal%5D)">Modular microporous hydrogels formed from microgel beads with orthogonal thermo-chemical responsivity: Microfluidic fabrication and characterization.</a> MethodsX. 6, 1747-1752 (2019).</li>
<li>Van Den Bulcke, A. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structural+and+rheological+properties+of+methacrylamide+modified+gelatin+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Structural and rheological properties of methacrylamide modified gelatin hydrogels.</a> Biomacromolecules. 1 (1), 31-38 (2000).</li>
<li>Qazi, T. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anisotropic+rod-shaped+particles+influence+injectable+granular+hydrogel+properties+and+cell+invasion%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Anisotropic rod-shaped particles influence injectable granular hydrogel properties and cell invasion.</a> Advanced Materials. 34 (12), 2109194(2022).</li>
<li>Highley, C. B., Song, K. H., Daly, A. C., Burdick, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Jammed+microgel+inks+for+3d+printing+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Science%22%5BJournal%5D)">Jammed microgel inks for 3d printing applications.</a> Advanced Science. 6 (1), 1801076(2019).</li>
<li>Claaßen, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantification+of+substitution+of+gelatin+methacryloyl%3A+best+practice+and+current+pitfalls%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Quantification of substitution of gelatin methacryloyl: best practice and current pitfalls.</a> Biomacromolecules. 19 (1), 42-52 (2018).</li>
<li>Sheikhi, A., Di Carlo, D., Khademhosseini, A. Methods for converting colloidal systems to resuspendable/redispersable powders that preserve the original properties of the colloids. U.S. Patent Application. , 17/425,027 (2022).</li>
<li>Sheikhi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microengineered+emulsion-to-powder+technology+for+the+high-fidelity+preservation+of+molecular%2C+colloidal%2C+and+bulk+properties+of+hydrogel+suspensions%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Polymer+Materials%22%5BJournal%5D)">Microengineered emulsion-to-powder technology for the high-fidelity preservation of molecular, colloidal, and bulk properties of hydrogel suspensions.</a> ACS Applied Polymer Materials. 1 (8), 1935-1941 (2019).</li>
<li>Lee, S., de Rutte, J., Dimatteo, R., Koo, D., Di Carlo, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scalable+fabrication+and+use+of+3d+structured+microparticles+spatially+functionalized+with+biomolecules%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Scalable fabrication and use of 3d structured microparticles spatially functionalized with biomolecules.</a> ACS Nano. 16 (1), 38-49 (2022).</li>
<li>Charlet, A., Bono, F., Amstad, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+reinforcement+of+granular+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Science%22%5BJournal%5D)">Mechanical reinforcement of granular hydrogels.</a> Chemical Science. 13 (11), 3082-3093 (2022).</li>
</ol>

המחברים מצהירים כי אין ניגודי עניינים.

ג'לטין ונגזרותיו הם הביו-חומרים מבוססי החלבון הנפוצים ביותר לייצור HMP. ניתן להתגבר על האתגר של תפוקה לעומת גודל חלקיקים, ניתן להתגבר על פשרה באמצעות התקנים מיקרופלואידים של תחליב צעדים. מכשירים אלה מסוגלים ליצור יותר מ -40 מיליון טיפות בשעה, עם מקדם שונות פחות מ -5% 27. במאמר זה דנו במיקרו-ייצור של טיפות המכילות תמיסות GelMA, ולאחר מכן המרתן ל-GelMA HMPs, אבקה, GHS ו-NGB.
התרמורסרפונסיביות של GelMA מאפשרת ייצור וייצוב HMP באמצעות מיקרופלואידים. בטמפרטורה גבוהה יותר מה-...

הרכבת אבני בניין של HMP ליצירת פיגומים הנדסיים לרקמות זכתה לתשומת לב עצומה בשנים האחרונות1. GHS, המיוצרים באמצעות הרכבת HMP, הם בעלי תכונות ייחודיות בהשוואה למקביליהם בתפזורת, כולל מיקרופורוזיות בקנה מידה תאי שמקורן בחללים החלקיים בין אבני הבניין הבדידות. תכונות נוספות, כגון יכולת הזרקה, מודולריות ונוקשות מנותקת מנקבוביות, הופכות את GHS לפלטפורמה מבטיחה לשיפור תיקון רקמות והתחדשות2. ביו-חומרים שונים שימשו לייצור GHS, כולל פולימרים סינתטיים מבוססי PEG3,4 ורב-סוכרים, כגון אלגינט5 וחומצה היאלורונית 6,7. מבין הפולימרים ממקור טבעי, הביופולימר מבוסס החלבון הנפוץ ביותר לייצור GHS הוא GelMA 8,9,10,11, חומר ביולוגי12,13 הניתן להצלבה, תואם ביולוגית, דבק ביולוגי ומתכלה.
ניתן לייצר HMPs באמצעות תחליב אצווה8, מיקוד זרימה 14,15 או תחליב שלב9,11 התקנים מיקרופלואידים, ערבוב 16, או coacervationמורכב 17,18. בדרך כלל, יש פשרה בין תפוקת הייצור לבין חד-פיזור HMP. לדוגמה, טכניקת המיזוג מניבה HMPs בעלי צורה לא סדירה ומפוזרים מאוד. תחליב אצווה או קו-סרבציה מורכבת מאפשר ייצור של כמויות גדולות של HMPs כדוריים רב-מפוזרים. התקנים מיקרופלואידים ממוקדי זרימה שימשו לייצור טיפות חד-פזורות מאוד עם מקדם שונות של <5%, אולם התפוקה נמוכה משמעותית. בהתקנים מיקרופלואידים של תחליב צעדים, השלבים המקביליים מאוד מאפשרים ייצור בתפוקה גבוהה של HMPsחד-מפוזרים 19.
אבני הבניין של HMP מג'לטין מעובד Methacryloyl (GelMA) מגיבות לחום וניתנות להצלבה כימית, מה שמאפשר ייצור GHS קל20. עם קירור מתחת לטמפרטורת התמיסה הקריטית העליונה (UCST)21 (למשל, ב-4°C), טיפות המכילות תמיסת GelMA מומרות לקופות חולים מוצלבות פיזית. אבני בניין אלה של HMP נארזות לאחר מכן באמצעות כוחות חיצוניים (למשל, באמצעות צנטריפוגה) כדי להניב מתלי מיקרוג'ל תקועים. קשרים בין חלקיקים נוצרים בין HMPs סמוכים באמצעות קרוסלינקינג כימי (פוטו) ליצירת GHS14 חזק מכנית. אחת התכונות החשובות ביותר של GHS היא מיקרופורוזיות, המאפשרת חדירה קלה של תאים במבחנה11 וצמיחה מוגברת של רקמות in vivo22. הדפסה ביולוגית תלת-ממדית (תלת-ממדית) של HMPs מתבצעת באופן קונבנציונלי באמצעות מתלי מיקרו-ג'ל צפופים, תוך התפשרות על מיקרו-נקבוביות23.
לאחרונה פיתחנו סוג חדש של ביו-דיו גרעיני המבוסס על ננו-הנדסה בין-פנים של מיקרו-ג'לים GelMA באמצעות ספיחה של ננו-חלקיקים טעונים הטרוגנית, ולאחר מכן הרכבה עצמית הפיכה של ננו-חלקיקים. אסטרטגיה זו הופכת מיקרו-ג'לים ארוזים באופן רופף למניבי גזירה ושחול להדפסה ביולוגית תלת-ממדית, המשמרת את הנקבוביות בקנה מידה מיקרוסקולרי של GHS11 המיוצר בתוספים. מאמר זה מציג את השיטות לייצור טיפות GelMA בתפוקה גבוהה, המרת טיפות אלה ל- HMPs מוצלבים פיזית, ייצור HMPs של GelMA באמצעות אבקה ניתנת להשעיה, היווצרות GelMA GHS, הכנת ביודיו גרעיני ננו-מהונדס של GelMA (NGB) והדפסה ביולוגית תלת-ממדית.

<table><tbody><tr><td>1H,1H-perfluoro-1-octanol</td><td>אלפא אזר, MA, ארה"ב</td><td>B20156-18</td><td>98%</td></tr><tr><td>טוהר ביופסיה אגרוף</td><td>אינטגרה Miltex, ניו יורק, ארה"ב</td><td>33-31A-P/25</td><td>1.5 מ"מ ביופסיה אגרוף עם מערכת בוכנה</td></tr><tr><td>מחט קהה</td><td>SANANTS</td><td>30-002-25</td><td>25 G</td></tr><tr><td>Bruker Avance NEO 400 MHz</td><td>400 MHz Bruker NEO, MA, USA</td><td></td><td>NMR מכשיר</td></tr><tr><td>צנטריפוגה</td><td>Eppendorf, גרמניה</td><td>5415 C</td><td></td></tr><tr><td>צינור צנטריפוגה</td><td>Celltreat, MA, ארה"ב</td><td>229423</td><td></td></tr><tr><td>מסנני קפה</td><td>BUNN, IL, USA</td><td>20104.0006</td><td>BUNN 8-12 מסנני קפה, 6 כל אחד, 100 קראט</td></tr><tr><td>Desiccator</td><td>Thermo Scientific</td><td>5311-0250</td><td>מייבש ואקום Nalgene, כיסוי וגוף למחשב, 280 מ"מ OD</td></tr><tr><td>תחמוצת דאוטריום</td><td>סיגמא, MA, ארה"ב</td><td>151882</td><td></td></tr><tr><td>ממברנת דיאליזה (12-14 kDa)</td><td>מעבדות ספקטרום, ניו ג'רזי, ארה"ב</td><td>08-667E</td><td></td></tr><tr><td>תמיסת מלח פוספט חוצץ פוספט של Dulbecco (DPBS, 1x)</td><td>Sigma, MA, ארה"ב</td><td>56064C-10L</td><td>אבקה יבשה, ללא סידן, ללא מגנזיום, מתאימה לתרבית תאים</td></tr><tr>בקבוק<td>ארלנמאייר</td><td>קורנינג, ניו יורק, ארה"ב</td><td>4980</td><td>קורנינג PYREX&nbsp;</td></tr><tr><td>אתנול</td><td>VWR, PA, ארה"ב</td><td>89125-188</td><td>Koptec 200 הוכחה</td></tr><tr><td>בקבוקונים קריוגניים חוט חיצוני (קריוביאלים)</td><td>קורנינג, ניו יורק, ארה"ב</td><td>430659</td><td></td></tr><tr><td>מייבש הקפאה</td><td>Labconco, MO, ארה"ב</td><td>71042000</td><td>מצויד במשאבת ואקום (קטלוג # 7587000)</td></tr> <tr><td>אבקת ג'לטין</td><td>סיגמה, MA, ארה"ב</td><td>G1890-5100G</td><td>סוג A מעור חזיר, חוזק ג'ל ~ 300 גרם זכוכית פריחה</td></tr><tr><td> שקופיות מיקרוסקופ</td><td>VWR, PA, USA</td><td>82027-788</td><td></td></tr><tr><td>פלטה חמה</td><td>FOUR E'S SCIENTIFIC</td><td></td><td>MI0102003 5 אינץ' בוחש פלטה מגנטית מקסימום טמפ' 280 & deg; C/536 ו-deg; F&nbsp;</td></tr><tr><td>Kimwipes</td><td>Fischer scientific, MA, ארה"ב</td><td>06-666</td><td></td></tr><tr><td>KMPR 1000 סדרת התנגדות לאור שלילית</td><td>Kayaku Advanced Materials, MA, ארה"ב</td><td>121619</td><td>KMPR1025 ו-KMP1035 כלולים</td></tr><tr><td>LAPONITE XLG</td><td>BYK USA Inc., CT, ארה"ב</td><td>2344265</td><td></td></tr><tr><td>ליתיום פניל-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate (LAP)</td><td>סיגמא, MA, ארה"ב</td><td>900889-1G</td><td>>95%</td></tr> <tr><td>Luer-Lok מחבר</td><td>BD, NJ, USA</td><td>BD 302995&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>MA/BA Gen4-Series Mask- und Bond-Aligner</td><td>S&Uuml; SS MicroTeck,</td><td>מכשיר ננו-פבריקציה</td>גרמני <td></td></tr><tr><td>Methacylate anhydride</td><td>Sigma, MA, ארה"ב</td><td>276685-100ML</td><td>מכיל 2,000&nbsp; ppm טופנול A כמעכב, 94%</td></tr> <tr><td>מים Milli-Q</td><td>Millipore Corporation, MA, ארה"ב</td><td>ZRQSVR5WW</td><td>התנגדות חשמלית ואסימיפ; 18 M&Omega; ב-25 מעלות; C, Direct-Q 5 UV מערכת טיהור מים מרחוק</td></tr><tr><td>Novec 7500 נוזל הנדסי</td><td>3M, MN, USA</td><td></td><td>3M ID&nbsp; </td></tr><tr><td>7100003723 תנור</td><td>VWR, PA, USA</td><td>VWR-1410</td><td>1410 תנור ואקום</td></tr><tr><td>Parafilm</td><td>Fischer scientific, MA, ארה"ב</td><td>HS234526C</td><td></td></tr><tr><td>פיפטה פסטר</td><td>VWR, PA, USA</td><td>14673-010</td><td></td></tr><tr><td>צלחת פטרי</td><td>VWR, PA, USA</td><td>25384-092</td><td>פוליסטירן</td></tr><tr><td>Pico-Surf</td><td>Sphere Fluidics, בריטניה</td><td>C022</td> <td>(5% (w/w) ב-Novec 7500)</td></tr><tr><td>פיפטה</td><td>VWR, PA, USA</td><td>89079-970</td><td></td></tr><tr><td>קצות פיפטה</td><td>VWR, PA, USA</td><td>87006-060</td><td></td></tr><tr><td>תא לניקוי פלזמה</td><td>Harrick Plasma, NY, ארה"ב</td><td>PDC-001-HP&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>פולידימתילסילוקסן</td><td>דאו קורנינג, מישיגן, ארה"ב&</td><td>nbsp; </td><td>2065623 SYLGARD 184 ערכת אלסטומר סיליקון</td></tr><tr><td>פיפטה תזוזה חיובית</td><td>Microman E M100E, גילסון, אוהיו, ארה"ב</td><td>M100E</td><td></td></tr><tr><td>פרוסות סיליקון</td><td>אוניברסיטת וופר, MA, ארה"ב</td><td>452/1196</td><td>מרית 4 אינץ' בדרגה מכנית</td></tr><tr><td></td><td>VWR, PA, USA</td><td>231-0104</td><td>חד פעמי</td></tr><tr><td>SU-8&nbsp;</td><td>Kayaku חומרים מתקדמים, MA, ארה"ב</td><td></td><td></td></tr><tr><td>משאבת מזרק</td><td>מכשיר הרווארד, MA, ארה"ב</td><td>70-2001</td><td>PHD 2000</td></tr><tr><td>טריכלורו (1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyl) סילאן</td><td>מיליפור סיגמה, MA, ארה"ב</td><td>448931-10G</td><td>97%</td></tr> <tr><td>צינורות טיגון</td><td>סנט גלוביין, פנסילבניה, ארה"ב</td><td>AAD04103&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>אור UV&nbsp;</td><td>מתח QUANS</td><td></td><td>: 85 V-265 V AC / הספק: 20 W</td></tr><tr><td>יחידת סינון ואקום</td><td>VWR, PA, USA</td><td>10040-460</td><td>0.20 ומיקרו; m</td></tr><tr><td>מערבולת</td><td>פישר מדעית, ארה"ב</td><td>14-955-151</td><td>מיני מערבולת מיקסר</td></tr></tbody></table>

פיגומי הידרוג'ל גרגיריים מג'לטין מתקרילויל: ייצור מיקרוג'ל בתפוקה גבוהה, ליופיליזציה, הרכבה כימית והדפסה ביולוגית תלת-ממדית

Gelatin Methacryloyl Granular Hydrogel Scaffolds: High-throughput Microgel Fabrication, Lyophilization, Chemical Assembly, and 3D Bioprinting

הופעתם של פיגומי הידרוג'ל גרגיריים (GHS), המיוצרים באמצעות הרכבת מיקרו-חלקיקי הידרוג'ל (HMPs), אפשרה היווצרות פיגומים מיקרו-נקבוביים באתרם. שלא כמו הידרוג'לים קונבנציונליים בתפזורת, נקבוביות מיקרוסקוליות מחוברות זו לזו ב-GHS מאפשרות חדירת תאים שאינה תלויה בהתפרקות, כמו גם העברת חמצן, חומרים מזינים ותוצרי לוואי של תאים. ג'לטין מהונדס Methacryloyl (GelMA), ביופולימר מבוסס חלבון הניתן להצלבה כימית המכיל דבק תאים ומויטי מתכלים, נמצא בשימוש נרחב כחומר ביולוגי מגיב לתאים/מאלף. המרת GelMA בתפזורת ל- GHS עשויה לפתוח שפע של הזדמנויות להנדסת רקמות והתחדשות. במאמר זה, אנו מדגימים את ההליכים של ייצור מיקרו-ג'ל GelMA בתפוקה גבוהה, המרה למיקרו-ג'לים יבשים הניתנים להשעיה חוזרת (מיקרו-אירוג'לים), היווצרות GHS באמצעות הרכבה כימית של מיקרו-ג'לים, וייצור ביו-דיו גרעיני להדפסה ביולוגית של אקסטרוזיה. אנו מראים כיצד טיפול פיסיקוכימי רציף באמצעות קירור ופוטוקרוסלינקינג מאפשר היווצרות GHS חזק מבחינה מכנית. כאשר האור אינו נגיש (למשל, במהלך הזרקת רקמות עמוקה), ניתן להרכיב ביו-אורתוגונלים של GelMA HMPs מוצלבים בנפרד באמצעות קרוסלינקינג אנזימטי באמצעות טרנסגלוטמינאזות. לבסוף, הדפסה ביולוגית תלת-ממדית (תלת-ממדית) של GHS מיקרו-נקבובי בצפיפות אריזה נמוכה של HMP מודגמת באמצעות הרכבה עצמית בין-פנים של ננו-חלקיקים הטעונים הטרוגנית.

GelMA סונתז באמצעות התגובה של ג'לטין עם MA, כפי שמוצג באיור 1A. על ידי התאמת תנאי התגובה, כגון ריכוז MA, התקבלו דרגות שונות של החלפת MA. כדי לכמת את מידת ההחלפה של MA, GelMA הוערכה באמצעות ספקטרוסקופיית NMR של 1H (איור 1B). קבוצות פונקציונליות ויניל עם שיאים מייצגים במשמרות כימיות של ~ 5-6 ppm אישרו את הסינתזה המוצלחת של GelMA מג'לטין. תנובת התגובה לאחר דיאליזה וסינון סטרילי הייתה &gt;70% (מ"ג ג'למה/מ"ג ג'לטין). תפוקת ייצור הטיפות / מיקרוג'ל...

מאמר זה מתאר פרוטוקולים לייצור מיקרו-ג'ל ג'לטין מתקרילויל בתפוקה גבוהה באמצעות התקנים מיקרופלואידים, המרת מיקרו-ג'לים לאבקה מתרחפת (מיקרו-אירוג'לים), הרכבה כימית של מיקרו-ג'לים ליצירת פיגומי הידרוג'ל גרגיריים, ופיתוח ביו-דיו הידרוג'ל גרגירי עם מיקרו-נקבוביות משומרת להדפסה ביולוגית תלת-ממדית.

The emergence of granular hydrogel scaffolds (GHS), fabricated via assembling hydrogel microparticles (HMPs), has enabled microporous scaffold formation ...

מטריצה חוץ-תאית או מיקרו-חלקיקי הידרוג'ל נומריים ECM עשויים לשמש כאבני הבניין לייצור פיגומים. פרוטוקול זה מדגים ייצור, טיהור, ליופיליזציה, הרכבת תמונות והדפסה ביולוגית תלת-ממדית של חלקיקי ג'לטין מתקרילויל או ג'ל הידרוג'ל. GelMA הוא ביופולימר פוטוכימי, ניתן להצלבה, מבוסס חלבון המכיל דבק תאים ו moieties מתכלה אשר נמצא בשימוש נרחב כחומר ביולוגי מגיב לתאים ומלמד.בהשוואה להידרוג'ל בתפזורת קונבנציונאלי, פיגומי הידרוג'ל גרגיריים של GelMA הם מיקרו-נקבוביים, ומאפשרים חדירה מהירה של תאים שניתן להתאים לפי גודל אבן הבניין. פיגומי הידרוג'ל גרעיניים של GelMA עשויים לפתוח הזדמנויות חדשות להדפסה ביולוגית תלת-ממדית של רקמות עבות, איברים ומחלות על פלטפורמות זולות והנדסה רגנרטיבית. כדי להתחיל, הוסף 10 מיליגרם של LAP ל -10 מיליליטר של DPBS כדי להכין פתרון 0.1% photoinitiator.הגן על התמיסה מפני אור על ידי עטיפתה ברדיד אלומיניום, ותייג אותה. לאחר מכן, להמיס את הכמות הרצויה של GelMA בתמיסת photoinitiator. הכניסו את התמיסה עטופה ברדיד אלומיניום לתנור של 37 מעלות צלזיוס למשך שעה לקבלת תמיסה ברורה.כדי להכין את שלב השמן, הכינו תמיסת פעילי שטח 2% תואמת ביולוגית בנוזל ההנדסי. הכנס את צינורות Tygon לכניסות ולשקעים של התקן PDMS, ולאחר מכן הכנס מחט קהה של 25 מד בקצה השני של צינורות Tygon עבור כניסות. הניחו את המכשיר מתחת למיקרוסקופ, ושמרו על חום הסביבה בטמפרטורה של כ-40 מעלות צלזיוס באמצעות מייבש שיער או מחמם חלל.טען את תמיסות המים והשמן במזרקים נפרדים המחוברים למכשיר. הפעל את משאבת המזרק לשלב השמן בקצב זרימה של 160 מיקרוליטר לדקה. לאחר שמן ממלא את התעלה, להתחיל את השלב המימי ב 80 מיקרוליטר לדקה.בדוק את היווצרות הטיפות מתחת למיקרוסקופ. אספו את הטיפות במיכל, והעריכו אותן בתא ההדמיה על ידי הדמיה במיקרוסקופ אופטי. שמור את הטיפות על ארבע מעלות צלזיוס במשך הלילה תוך הגנה עליהן מפני אור כדי להתחיל את הקישור הפיזי של מיקרוג'ל GelMA ולהמיר את הטיפות למיקרוג'לים יציבים.כדי ליישם את שיטת MEtoP של תחליב לאבקה מהונדסים, אספו את המיקרו-ג'לים המוצלבים פיזית בנוזל ההנדסי באמצעות צינורות מיקרוצנטריפוגות או קריובלים עמידים תרמית. אטמו את הצינור הפתוח בעזרת מגבון מעבדה וסרט הדבקה. הקפיאו עמוק את המיקרו-ג'לים המוצלבים פיזית בחנקן נוזלי למשך 10 דקות כדי להמשיך בליופיליזציה.לאחר ליופיליזציה, אבקה מוצקה יתקבל. הוסף מיליליטר אחד של תמיסת פוטו-איניוזם מקוררת של 0.1% בארבע מעלות צלזיוס לאבקה הליופילית כדי ליצור תרחיפים של מיקרוג'ל. צנטריפוגה את התערובת מערבולת ב 3, 000 גרם במשך 15 שניות.לאחר השלכת הסופרנטנט, מעבירים את מתלה המיקרוג'ל הארוז לתבנית באמצעות פיפטה בעלת תזוזה חיובית, וחושפים אותו לאור באורך גל של 400 ננומטר בעוצמה של 15 מיליוואט לסמ"ר למשך 60 שניות ליצירת פיגומי הידרוג'ל גרגיריים או GHS. עבור 400 מיקרוליטר של תרחיף מיקרוג'ל, הוסף כמות שווה של תמיסת PFO קרה כקרח, 20% בנוזל הנדסי למיקרוג'לים GelMA מוצלבים פיזית. לאחר מכן צנטריפוגו את תערובת המערבולות במשקל 300 גרם למשך 15 שניות, והסירו את שלב השמן מהמיקרו-ג'לים של GelMA על ידי פיפטציה.לאחר מכן הוסף 400 מיקרוליטר של תמיסת פוטו-איניוזם קרה כקרח, 0.1% לתרחיף המיקרוג'ל. לאחר צנטריפוגה של התמיסה המערבולת ב 300 גרם במשך 15 שניות, להשליך את השמן. חזור על השלבים של חיבור פתרון photoinitiator וצנטריפוגה, אבל צנטריפוגה ב 3, 000g הפעם להיפטר supernatant של מיקרוג'ל GelMA ארוז.מעבירים את מיקרו-ג'לי GelMA הארוזים לתבנית, ולאחר מכן חשיפה לאור ליצירת GHS. הוסיפו 100 מיליגרם של אבקת ננו-טסיות לשלושה מיליליטר מים קרים כקרח וטהורים במיוחד ליצירת פיזור של 3.33% ננו-חלקיקים. מערבבים את הפיזור במרץ בתוך מקרר של ארבע מעלות צלזיוס למשך 15 דקות כדי לקלף את הננו-חלקיקים המצטברים.ננו-חלקיקים שעברו קילוף תקין מניבים פיזור ברור. יש להמיס 50 מיליגרם של LAP בחמישה מיליליטר של מים קרים כקרח וטהורים במיוחד כדי להכין תמיסת מלאי פוטו-אינסטיטומנט של 1%. לאחר מכן הוסף 333 מיקרוליטר של תמיסת 1% פוטו-יוזם לפיזור ננו-חלקיקים מתקלפים, ועטוף אותה ברדיד אלומיניום כדי להגן מפני האור הסביבתי.מערבבים את התערובת במשך דקה אחת כדי לערבב את פיזור הננו-חלקיקים ואת הפוטו-יוזם. הוסף PFO קר כקרח, 20% נוזל הנדסי למיקרו-ג'לים GelMA מוצלבים פיזית ביחס נפח של אחד לאחד. לאחר צנטריפוגה של התערובת המעורבת ב-300 גרם למשך 15 שניות, יש להשליך את שלב השמן המכיל את חומר פעילי השטח.הוסיפו את פיזור הננו-חלקיקים הקר כקרח בתוספת LAP למיקרו-ג'לים השטופים של GelMA. לאחר צנטריפוגה ב 3, 000 גרם במשך 15 שניות, להשליך את השמן שנותר בתחתית ואת פיזור supernatant. אחסנו את המתלה בטמפרטורה של ארבע מעלות צלזיוס תוך הגנה עליו מפני אור באמצעות רדיד אלומיניום למשך יום אחד כדי להניב את המוצר, ביו-דיו גרעיני גרעיני ננו-מהונדס או NGB.למחרת, לטעון את NGB לתוך מזרק שלושה מיליליטר. אטמו את המזרק הטעון עם פקק ופרפילם, ובצעו צנטריפוגת פולס במשקל 200 גרם כדי להסיר את האוויר הכלוא. העבר את הדיו הביולוגי למחסנית של שלושה מיליליטר באמצעות מחבר נעילת Luer נקבה-נקבה.צנטריפוגו את המחסנית לזמן קצר ב-200 גרם שוב כדי להסיר את האוויר הלכוד, ולשמור על ה-NGB בארבע מעלות צלזיוס לפני השימוש. לאחר מכן, לטעון את השעיית תאי פיברובלסט murine מוכן לתוך מזרק שלושה מיליליטר. חברו את מזרקי ה-NGB והמזרקים הטעונים בתאים באמצעות מחבר Luer Lock נקבה-נקבה, וערבבו את התוכן בעדינות על ידי דחיפה קדימה ואחורה 40 פעמים.הדפס את ה-NGB או NGB עמוס התאים באמצעות מדפסת ביולוגית מתאימה עם פייה חרוטית סטנדרטית על-ידי טעינת הזרבובית לתוך ראש ההדפסה של שלושה מיליליטר. שמור על טמפרטורת מיטת ההדפסה מתחת ל-10 מעלות צלזיוס, ומטב פרמטרים כגון מהירות ולחץ גב. בחר את gcode הרצוי או קובץ STL.לאחר מכן בחר את המצע ואת סוג הזרבובית עבור מזרק פנאומטי שלושה מיליליטר מצויד זרבובית חרוט סטנדרטי. כייל את המדפסת הביולוגית באמצעות הנחיות ההתקן והתחל להדפיס כדי לקבל את מבני התלת-ממד. טכנולוגיית MEtoP הניבה אבקת מיקרוג'ל מיובשת הניתנת למריחה על ידי ייבוש בהקפאה בלחץ נמוך תוך הגנה על מיקרוג'לים מפני צבירה ועיוותים חמורים.תמונות SEM הראו כי חלקיקי GelMA המיובשים המשתמשים בטכנולוגיה זו שומרים על צורתם הכדורית לאחר ליופיליזציה בהשוואה לצבירה שנצפתה עם ליופיליזציה קונבנציונלית. אפיון המיקרו-נקבוביות של GelMA, GHS ו-NGB עם צבע פלואורסצנטי בעל משקל מולקולרי גבוה הראה את חללי החלל המיקרוסקולריים המחוברים זה לזה. כמו כן, התמונה הפלואורסצנטית שהוערכה באמצעות סקריפט MATLAB שנכתב בהתאמה אישית זיהתה את הנקבוביות.מדידות הקוטר של שבר הריק והנקבוביות החציוניות לא הראו הבדל משמעותי המעיד על הזמינות והקישוריות של נקבוביות מיקרוסקליות בפיגומים המודפסים בתלת-ממד באמצעות NGB. העליונות של פיגומים מסוג NGB על פני מיקרו-ג'לים GelMA ארוזים באופן הדוק ורופף על ידי מדידת אורך חוט הלהט התלוי, חשפה כי ל-NGB היה אורך גדול יותר מהמיקרו-ג'לים הארוזים. המיקרו-ג'לים הארוזים באופן רופף לא הניבו חוטים.גליל חלול הודפס בתלת-ממד, וכל המבנה נחשף לאור לצורך פוטוקרוסלינקינג. המבנה המודפס הוחזק פיזית כדי להראות את הצורה, הנאמנות והשלמות המבנית. אם הפיגום משמש להערכה ביולוגית, למשל, בהדפסה ביולוגית עמוסת תאים, זכרו לבצע את כל השלבים בתנאים מסוימים, תחת ארון הבטיחות הביולוגי.אנו מקווים לבטל את השיווק של השימוש בפיגומי הידרוג'ל גרגיריים כפלטפורמה ביו-חומרית חדשה בביו-רפואה.

gelatin-methacryloyl-granular-hydrogel-scaffolds-high-throughput

Research

JoVE Journal

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

Bioprinter שימש ליצירה הידרוג דוגמת המבוסס על תבנית עולה. עובש poloxamer היה backfilled עם הידרוג'ל שני ולאחר מכן eluted, ומשאיר חללים שהיו מלאים בידרוג'ל שלישי. שיטה זו משתמשת elution המהיר וטוב של printability poloxamer לייצר ארכיטקטורות מורכבות מbiopolymers.

הדפסת תבניות היפוך Thermoresponsive ליצירת בדוגמת הידרוג דו רכיבים-תרבות תאי 3D

פרוטוקול זה מתאר את הזיוף של microcryogels אלסטית macroporous תלת-ממד על-ידי שילוב מיקרו-מלאכותית עם טכנולוגיית cryogelation. בעת טעינת עם תאים, נוצרים 3D microtissues, אשר יכול להיות מוזרק בקלות בתוך vivo כדי להקל על הטיפול משובי או לצרפן מערכים להקרנה תפוקה גבוהה סמים ' במבחנה .

Microtissues תלת-ממד עבור טיפול בזריקות רגנרטיבית ותפוקה גבוהה והתרופות הקרנה

אסטרטגיית הייצור מוספים לעיבוד UV-crosslinkable hydrogels פותחה. אסטרטגיה זו מאפשרת הרכבה שכבה אחרי שכבה של מבנים הידרוג microfabricated, כמו גם ההרכבה של רכיבים עצמאיים, מניב מכשירים משולבים המכילים רכיבים לזוז כי הם מגיבים הופעה מגנטי.

תוסף טכניקת הייצור עבור הזיוף נתיישב ומהירה של מבוססי הידרוג Micromachines עם רכיבים תגובה מגנטית

המוצג כאן הוא שיטה עבור ביופסיה 3D של ג'לטין מתיאקריל.

פרוטוקולים של 3D ביוריטינג ג'לטין הידרוג'ל מבוסס-דיו

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.

פיצול הידרוג'לים בתפזורת ועיבוד להידרוג'לים גרעיניים ליישומים ביו-רפואיים

מוטות מיקרוג'ל עם קבוצות תגובתיות משלימות מיוצרים באמצעות מיקרופלואידיקה עם היכולת להתחבר בתמיסה מימית. המיקרוג'לים האניזומטריים נתקעים ומתחברים למבנים יציבים עם נקבוביות גדולות יותר בהשוואה למערכות מבוססות כדוריות. מיקרו-ג'לים שעברו שינוי עם GRGDS-PC יוצרים מבנים תלת-ממדיים מקרו-נקבוביים שיכולים לשמש לתרבית תאים.

פיגומים תלת-ממדיים מקרו-נקבוביים משולבים ממוטות מיקרוג'ל

פרוטוקול זה מתאר סדרה של שיטות לסינתזה של אבני הבניין של המיקרוג'ל עבור פיגומים של חלקיקים חישוליים מיקרו-נקבוביים, אשר יכולים לשמש למגוון יישומי רפואה רגנרטיבית.

סינתזה מיקרופלואידית של אבני בניין מיקרוג'ל עבור פיגום חלקיקים מחושלים מיקרו-נקבוביים

עיבוד גזירה במהלך היווצרות הידרוג'ל מביא לייצור מתלי מיקרוג'ל הדקים אך מתחדשים במהירות לאחר הסרת כוחות הגזירה. חומרים אלה שימשו כמטריצה תומכת להדפסה ביולוגית של מבנים מורכבים ועמוסי תאים. כאן מתוארות שיטות המשמשות לייצור המיטה התומכת והדיו הביולוגי התואם.

ג'ל נוזלי אגרוז שנוצר על ידי עיבוד גזירה במהלך הג'לציה להדפסה ביולוגית תלת ממדית מושהית

עבודה זו מתארת פרוטוקול להדפסה תלת-ממדית משובצת בצורה חופשית של תאי גזע עצביים בתוך חומרים מרוכבים של חלקיקים חוץ-תאיים הניתנים לריפוי עצמי. הפרוטוקול מאפשר דפוסים ניתנים לתכנות של מבנים מחוברים של רקמות עצביות אנושיות עם נאמנות גבוהה.

תמיכה מרוכבת במטריצה חוץ-תאית מיקרוג'ל להדפסה תלת-ממדית משובצת של מבנים עצביים אנושיים

מחקר זה מציג אמבט תרחיף תת-מיקרוג'ל κ-carrageenan חדשני, המציג תכונות מעבר הפיכות מדהימות של שיבוש וביטול חסימה. תכונות אלה תורמות לבניית רקמות ואיברים ביומימטיים בהדפסה ביולוגית תלת-ממדית משובצת. ההדפסה המוצלחת של רקמות דמויות לב/ושט עם רזולוציה גבוהה וצמיחת תאים מדגימה יישומים באיכות גבוהה של הדפסה ביולוגית והנדסת רקמות.

הדפסה ביולוגית משובצת של מבנים דמויי רקמות באמצעות מדיום תת-מיקרוג'ל κ-Carrageenan

למד את שיטת ייצור מיקרוג'ל GelMA בתפוקה גבוהה ליופיליזציה והרכבה כימית. גלה כיצד פיגומי הידרוג'ל גרגיריים משמשים להדפסה ביולוגית תלת-ממדית של רקמות ואיברים.

פיגומי הידרוג'ל גרגיריים מג'לטין מתקרילויל: ייצור מיקרוג'ל בתפוקה גבוהה, ליופיליזציה, הרכבה כימית והדפסה ביולוגית תלת-ממדית

גלה סרטונים נוספים