Frammentazione di idrogel sfusi e lavorazione in idrogel granulari per applicazioni biomediche

Gli idrogel granulari sono una nuova entusiasmante classe di biomateriali con molte proprietà vantaggiose. La nostra speranza è che condividendo questi metodi, possiamo aumentare l'accesso e l'innovazione negli idrogel granulari per applicazioni biomediche. Questa tecnica è semplice, a basso costo, facilmente adattabile a molte sostanze chimiche e può essere implementata praticamente in qualsiasi laboratorio.

Caricare una siringa da 3 millilitri con la soluzione precursore dell'idrogel. Rimuovere lo stantuffo dal retro di una siringa vuota da 3 millilitri e aggiungere un tappo di punta alla parte superiore della canna della siringa. Utilizzare una pipetta da 1.000 microlitri per trasferire la soluzione precursore dell'idrogel nella canna della siringa con il tappo della punta.

Tenere la canna della siringa con la soluzione precursore dell'idrogel in una mano con il cappuccio della punta rivolto verso il basso e l'estremità aperta della canna rivolta verso l'alto. Riportare lo stantuffo della siringa all'apertura del retro della canna della siringa. Spingere delicatamente lo stantuffo della siringa nella canna quel tanto che basta per sigillare l'apertura sul retro della canna della siringa, tenendo attentamente insieme lo stantuffo e la canna della siringa per assicurarsi che il retro della canna della siringa sia sigillato con lo stantuffo.

Capovolgere la siringa in modo che lo stantuffo sia rivolto verso il basso e il cappuccio della punta sia ora rivolto verso l'alto. Rimuovere il tappo della punta e spingere delicatamente lo stantuffo nella canna della siringa fino a rimuovere tutta l'aria dalla siringa. Ricollegare il cappuccio della punta alla siringa.

Assicurarsi che la soluzione precursore dell'idrogel sia fissata all'interno della siringa da 3 millilitri con un tappo a punta. Assicurarsi che vengano presi adeguati dispositivi di protezione individuale e salvaguardie prima di accendere la lampada UV. Posizionare la siringa da 3 millilitri caricata con la soluzione precursore dell'idrogel sotto la lampada uv a presa spot per un periodo di tempo desiderato per una foto-reticolazione completa.

Spegnere la lampada UV e rimuovere la siringa. Assicurarsi che l'idrogel sia ora foto-reticolato all'interno della siringa. Rimuovere lo stantuffo dal retro di una siringa vuota da 3 millilitri.

Fissare un tappo di punta al luer-lock. Rimuovere il cappuccio della punta dalla siringa contenente l'idrogel sfuso fotorelegato. Allineare la parte superiore della siringa idrogel con l'apertura della canna sulla siringa vuota.

Estrudere l'idrogel sfuso attraverso l'apertura della siringa nella canna della siringa vuota. Tenere la siringa che contiene l'idrogel estruso in modo tale che il cappuccio della punta sia rivolto verso il basso e l'apertura della canna sia rivolta verso l'alto. Utilizzando una pipetta da 1.000 microlitri, aggiungere 1,5 microlitri di PBS alla canna della siringa.

Allineare lo stantuffo della siringa con l'apertura della canna, spingendo a malapena lo stantuffo abbastanza da creare una guarnizione. Capovolgere la siringa in modo che lo stantuffo sia ora rivolto verso il basso e il cappuccio della punta sia rivolto verso l'alto, assicurandosi di tenere insieme lo stantuffo e la canna della siringa in posizione in modo che non fuoriesca idrogel o PBS. Invertire più volte per mescolare l'idrogel frammentato con il PBS aggiunto.

Tenere la siringa in modo che il cappuccio della punta sia rivolto verso l'alto e lo stantuffo sia rivolto verso il basso. Rimuovere il tappo della punta. Spingere lo stantuffo verso l'alto per rimuovere l'aria dall'interno della siringa.

Estrudere la soluzione di idrogel frammentata attraverso una serie di aghi per creare microgel frammentati. Fissare un ago smussato calibro 18 sulla parte superiore della siringa contenente l'idrogel frammentato e PBS. Rimuovere lo stantuffo da una siringa fresca da 3 millilitri e fissare un tappo di punta alla canna della siringa vuota.

Estrudere la soluzione di idrogel frammentata attraverso l'ago calibro 18 nella parte posteriore della canna della siringa vuota. Gettare la siringa vuota e l'ago nel flusso di rifiuti taglienti appropriato. Ripetere l'estrusione della soluzione di idrogel con un ago calibro 23, 27 e 30.

All'ultima fase di estrusione, estrudere la soluzione di microgel frammentata in tubi di microcentrifuga. Lavare e isolare la sospensione di microgel frammentata. Usando un microcentrifuga, far girare la soluzione di microgel frammentata a 5.000 volte g per 5 minuti.

Utilizzare una pipetta per rimuovere il surnatante. Aggiungere 1 millilitro di PBS a ciascun tubo microcentrifuga contenente microgel frammentati e vortice per 5-10 secondi. Combina 20 microlitri di sospensione di microgel frammentata con 180 microlitri di PBS per creare una sospensione di microgel frammentata diluita.

Vortice per mescolare accuratamente. Trasferire 50 microlitri di sospensione di microgel frammentata diluita in un vetrino per microscopio. Utilizzare un microscopio epifluorescente per acquisire immagini di microgel marcati fluorescenti con zoom 4x o 10x.

Microgel frammentati di marmellata utilizzando la filtrazione sottovuoto. Assemblare e testare l'apparato di filtrazione sottovuoto. Fissare un imbuto Buchner all'interno di un pallone filtrante.

Utilizzare tubi per collegare il pallone filtrante a una linea di vuoto. Posizionare un filtro a membrana nella tazza dell'imbuto Buckner. Accendere la linea del vuoto aprendo la valvola del quadrante.

Testare la connessione pipettando circa 0,5 millilitri di PBS sul filtro a membrana e osservare che tutto il PBS passa attraverso il filtro e si raccoglie sul fondo del pallone filtrante. Dopo aver acceso la linea del vuoto e aver assicurato una tenuta completa, ruotare la soluzione di microgel frammentata. Utilizzando una pipetta da 1.000 microlitri, trasferire la soluzione di microgel frammentata sul filtro a membrana.

Attendere circa 30 secondi affinché il vuoto estragga PBS dalla soluzione di microgel. Spegnere la linea del vuoto. Ottenere una siringa fresca da 3 millilitri e rimuovere lo stantuffo.

Utilizzare una spatola metallica per prelevare l'idrogel granulare frammentato dal filtro e trasferirlo nella parte posteriore del barilotto della siringa vuota. Riportare lo stantuffo sulla siringa. Caricare l'idrogel granulare frammentato nella siringa ed è ora pronto per l'uso.

Rimuovere il cappuccio della punta e sostituirlo con un ago a scelta. Caricare la siringa nella piattaforma di stampa scelta. Carica il file G-code preparato dalla fase di pianificazione nel software di stampa 3D.

Passare al pannello Anteprima di stampa e premere Stampa. Non appena la deposizione di stampa è completa, esporre i costrutti di idrogel granulare frammentato alla luce UV per la fotorelazione e la stabilizzazione. La frammentazione dell'estrusione produce microgel con forme poligonali frastagliate con diametri che vanno da 10 a 300 micrometri.

La circolarità varia da 0,2 a quasi 1 e le proporzioni vanno da 1 a 3. Questi parametri descrivono le forme irregolari e frastagliate del microgel formate dal processo di frammentazione. Se imballato insieme utilizzando la centrifugazione o la filtrazione sotto vuoto, l'idrogel granulare assemblato è diradante e autoriparante.

L'idrogel granulare frammentato ha un'elevata fedeltà di forma e integrità meccanica per un idrogel iniettabile. Oltre a utilizzare idrogel granulari frammentati per la stampa 3D, questi sistemi possono anche essere utilizzati come piattaforme di coltura cellulare in vitro, nonché sistemi iniettabili per la riparazione dei tessuti e la somministrazione di farmaci. Questi metodi semplici e a basso costo portano i vantaggi dei biomateriali di idrogel granulare a più ricercatori, consentendo un maggiore accesso alla fabbricazione di idrogel granulare e l'innovazione nel campo dei biomateriali.