Bioprinting Cellularized Costruisce Utilizzando un tessuto-specifici idrogel Bioink

Sommario

Descriviamo un insieme di protocolli che, insieme, forniscono un bioink idrogel tessuto-mimando con le quali costrutti di tessuto 3-D funzionali e vitali possono essere bioprinted per l'utilizzo in applicazioni di screening in vitro.

Abstract

Il bioprinting è emerso come un approccio di biofabbricazione versatile per la creazione di costrutti di organi di ingegneria tissutale. Questi costrutti hanno un potenziale utilizzo come sostituti di organi per l'impianto nei pazienti e, se creati su scala più piccola, come "organoidi" modello che possono essere utilizzati in sistemi in vitro per lo screening farmacologico e tossicologico.

Nonostante lo sviluppo di un'ampia varietà di dispositivi di bioprinting, l'applicazione della tecnologia di bioprinting può essere limitata dalla disponibilità di materiali che accelerano le procedure di bioprinting e supportano la vitalità e la funzione cellulare fornendo segnali specifici per i tessuti. Qui descriviamo un versatile sistema di idrogel a base di acido ialuronico (HA) e gelatina composto da un protocollo di reticolazione multi-crosslinker a 2 stadi, in grado di fornire segnali biochimici specifici per il tessuto e imitare le proprietà meccaniche dei tessuti in vivo.

I fattori biochimici sono forniti incorporando materiali di matrice extracellulare derivati dai tessuti, che includono potenti fattori di crescita. Le proprietà meccaniche dei tessuti sono combinazioni controllate di reticolanti basati su PEG con pesi molecolari, geometrie (lineari o multi-braccio) e gruppi funzionali variabili per produrre bioink estrudibili e valori finali di rigidità al taglio del costrutto in un ampio intervallo (da 100 Pa a 20 kPa). Utilizzando questi parametri, i bioink idrogel sono stati utilizzati per biostampare gli sferoidi epatici primari in un bioink specifico per il fegato per creare costrutti epatici in vitro con un'elevata vitalità cellulare e una produzione funzionale misurabile di albumina e urea. Questa metodologia fornisce un quadro generale che può essere adattato per la futura personalizzazione di idrogel per la biofabbricazione di un'ampia gamma di tipi di costrutti tissutali.

Introduzione

Negli ultimi anni, una varietà di tecnologie sono diventate disponibili che risponde alla necessità di fonti alternative di organi funzionali e tessuti cercando di fabbricare o biofabricate, li. Bioprinting è emerso come uno dei più promettenti di queste tecnologie. Bioprinting può essere pensato come una forma di robotica additivo fabbricazione di parti biologiche, che può essere utilizzato per costruire o modello praticabile strutture organo-simili o tessuto-come in 3 dimensioni. ¹ Nella maggior parte dei casi, bioprinting impiega un 3-dimensionale (3 -D) dispositivo di stampa che è diretta da un computer per depositare cellule e biomateriali in posizion....

Protocollo

1. idrogel Bioink formulazioni e Preparazione

1. Al fine di fornire profili biochimici tessuto-specifici, preparare tessuto-specifica ECM digerire soluzioni come descritto in precedenza per il fegato. ²⁰
   Nota: In generale, questo ECM digest comprenderà 40% del volume bioink idrogel finale che viene impiegato. Diverse centinaia di millilitri di soluzione ECM digest possono essere preparati, aliquotati e congelati a -80 ° C per un uso futuro.
2. Prima di idrogel formulazione, sciogliere un fotoiniziatore, 2-idrossi-4 '- (2-idrossietossi) -2-methylpropiophenone, in acqua a 0,1% w / v.
   Nota: I volumi nel range 50-100 ml possono....

Risultati

Quando le procedure sopra descritte vengono seguite correttamente, idrogel dovrebbero contenere un profilo biochimico specifico per il tipo di tessuto bersaglio, ²⁰ permettono un elevato grado di controllo su bioprinting e modulo elastico finale, ³⁴ e supportano cellule vitali funzionali nei costrutti tissutali.

idrogel Personalizzazione
Per meglio fegato nativo mimica, la bioink i.......

Discussione

Ci sono diverse componenti che sono fondamentali per prendere in considerazione quando si cerca di biofabricate 3-D costrutti di tessuto, per l'uso eventuale negli esseri umani o per applicazioni di screening in vitro. Impiegando i componenti cellulari appropriati determina il potenziale funzionalità end, mentre il dispositivo biofabrication si determina la metodologia generale per raggiungere il costrutto finale. Il terzo componente, il biomateriale, è altrettanto importante, in quanto serve un doppio ruol.......

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Acido ialuronico	Sigma	53747
Gelatina	Sigma	G6144
2-Idrossi-4′-(2-idrossietossi)-2-metilpropiofenone	Sigma	410896
Kit acido ialuronico e gelatina idrogel (HyStem-HP)	ESI-BIO	GS315	Il kit contiene i componenti Heprasil (acido ialuronico tiolato ed eparinizzato), Gelin-S (tiolato gelatina) ed Extralink (PEGDA)
PEG 8-Arm Alkyne, 10  kDa	Creative PEGWorks	PSB-887
Epatociti umani primari	Triangle Research Labs	HUCPM6
Cellule stellate epatiche umane primarie	ScienCell	5300
Cellule Kupffer umane primarie	Life Technologies	HUKCCS
Terreno basale per epatociti (HBM)	Lonza	CC-3199
Terreno per epatociti Kit di integratori	Lonza	CC-3198	HCM SingleQuot Kits (contiene acido ascorbico, 0,5  Ml; albumina sierica bovina [senza acidi grassi], 10  Ml; gentamicina solfato/amfotericina B, 0,5  Ml; idrocortisone 21-emiuccinato, 0,5  Ml; insulina, 0,5  Ml; fattore di crescita epidermico ricombinante umano, 0,5  Ml; trasferimento, 0,5  ml)
Triton X-100	Sigma	T9284	Altri produttori sono ok.
Idrossido di ammonio	Fischer Scientific	A669	Altri produttori sono ok.
Tessuto fresco di cadavere suino	n/a	n/a
Liofilizzatore	qualsiasi	n/a
Congelatore	qualsiasi	n/a
Bioprinter	n/a	n/a	Il bioprinter qui descritto è stato costruito su misura internamente. In generale, altri dispositivi sono adeguati a condizione che supportino la stampa basata sull'estrusione controllata da computer di materiali idrogel.
Piastra per coltura cellulare a goccia sospesa	InSphero	CS-06-001	Piattaforma di coltura 3D InSphero GravityPlus