Patterning tridimensionale di biofilm ingegnerizzati con Bioprinter fai da te

Sommario

In questo articolo viene descritto un metodo per trasformare una stampante 3D commerciale a basso costo in una stampante 3D batterica che può facilitare la stampa di biofilm a motivi geometrici. Sono descritti tutti gli aspetti necessari della preparazione del biostampa e del bio-Ink, nonché i metodi di verifica per valutare la formazione dei biofilm.

Abstract

I biofilm sono aggregati di batteri incorporati in una matrice extracellulare a fantasia spazialmente autoprodotta. I batteri all'interno di un biofilm sviluppano una maggiore resistenza agli antibiotici, che pone potenziali pericoli per la salute, ma può anche essere vantaggioso per applicazioni ambientali come la purificazione dell'acqua potabile. L'ulteriore sviluppo di terapie antibatteriche e di applicazioni ispirate al biofilm richiederà lo sviluppo di metodi riproducibili e engineerabili per la creazione di biofilm. Recentemente, è stato sviluppato un nuovo metodo di preparazione del biofilm utilizzando una stampante tridimensionale (3D) modificata con un inchiostro batterico. In questo articolo vengono descritti i passaggi necessari per creare questo biostampa 3D efficiente e a basso costo che offre più applicazioni nell'elaborazione di materiali indotti da batterio. Il protocollo inizia con una stampante 3D commerciale adattata in cui l'estrusore è stato sostituito con un erogatore di Bio-inchiostro collegato ad un sistema di pompa a siringa che consente un flusso continuo e controllabile di bio-Ink. Per sviluppare un bio-inchiostro adatto per la stampa di biofilm, i batteri di Escherichia coli ingegnerizzati sono stati sospesi in una soluzione di alginato, in modo che si solidificino a contatto con una superficie contenente calcio. L'inclusione di una sostanza chimica induttore all'interno del substrato di stampa spinge l'espressione delle proteine del biofilm all'interno del bio-Ink stampato. Questo metodo consente la stampa 3D di vari modelli spaziali costituiti da strati discreti di biofilm stampati. Tali biofilm controllati spazialmente possono fungere da sistemi modello e possono trovare applicazioni in più campi che hanno un impatto di ampio respiro sulla società, tra cui la prevenzione della resistenza agli antibiotici o la purificazione dell'acqua potabile, tra gli altri.

Introduzione

Vi è attualmente una crescente necessità di sviluppare soluzioni sostenibili e rispettose dell'ambiente per la produzione di materiali spazialmente modellati, a causa del crescente numero di mercati per tali materiali¹. Questo articolo presenta un metodo semplice ed economico per la produzione di tali materiali e offre quindi un ampio spettro di applicazioni future. Il metodo qui presentato consente la stampa tridimensionale (3D) di strutture spazialmente modellate utilizzando un bio-Ink contenente batteri viventi. I batteri restano vitali all'interno delle strutture stampate per oltre una settimana, permettendo ai batteri di eseguire attività ....

Protocollo

1. conversione di una stampante 3D commerciale in una biostampa 3D

1. Rimuovere l'estrusore e il riscaldatore di una stampante 3D commerciale (tabella dei materiali) dal telaio della stampante e scollegare il cablaggio controllando questi elementi dal circuito principale (Figura 1a). Poiché il sensore che controlla la temperatura di funzionamento della stampante deve essere funzionale per comunicare con il software della stampante, rimuovere dal software di stampa l'algoritmo che ritarda la stampa fino a raggiungere la temperatura di esercizio.
2. Collegare una punta della pipetta (200 μL di punta) tramite u....

Risultati

Il primo passo per la stampa 3D di successo dei biofilm è la conversione di una stampante 3D commerciale in un bioprinter. Questa conversione si ottiene rimuovendo l'estrusore e il riscaldatore della stampante, progettati per la stampa con un inchiostro polimerico, e sostituendoli con componenti appropriati per la stampa di bioinchiostri contenenti batteri viventi (Figura 1a). L'estrusore è sostituito da una punta della pipetta (o punte, se nel processo di st.......

Discussione

Il protocollo qui presentato per la stampa 3D di biofilm ingegnerizzati ha due passaggi critici. In primo luogo è la preparazione della superficie di stampa agar, che è il fattore più critico per la produzione di una specifica risoluzione di stampa. È importante assicurarsi che la superficie di stampa sia piatta e che la punta della pipetta sulla testina di stampe sia posizionata all'altezza corretta dalla superficie. Se la superficie non è piatta, la distanza di lavoro cambierà durante il processo di stampa. Se la dista.......

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
stampante 3D	CoLiDo		3D-P
Software di stampa 3D	CoLiDo	Print-Rite ColiDo Repetier-Host v2.0.1
Agar	Sigma-Aldrich	05040
CaCl2 diidrato	Sigma-Aldrich	C7902
Centrifuga	Eppendorf	5810 R
Cloramfenicolo	Sigma-Aldrich	3886.1
LB brodo in polvere	Sigma-Aldrich	L3022
Agitatore orbitale	VWR	89032-092	Modello 3500
Piastra di Petri	VWR	25384-326	150 x 15 mm
Ramnosio	Sigma-Aldrich	83650
Tubo in silicone	VWR	DENE 3100103/25
Pompa a siringa	ProSense B.V.	NE-300
Alginato di sodio	Sigma-Aldrich	W201502
Citrato di sodio monobasico	Sigma-Aldrich	71498
Idroossido di sodio	VWR	28244.295

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