Scaffold 3D macroporosi interconnessi da barre di microgel
June 16th, 2022
Le barre di microgel con gruppi reattivi complementari sono prodotte tramite microfluidica con la capacità di interlegarsi in soluzione acquosa. I microgel anisometrici si inceppano e si interconnettono in costrutti stabili con pori più grandi rispetto ai sistemi basati su sferiche. Microgel modificati con GRGDS-PC formano costrutti 3D macroporosi che possono essere utilizzati per la coltura cellulare.
Questo protocollo descrive la fabbricazione di micro barre di gel che si interconnettono in scaffold di micropori. Questi scaffold possono essere utilizzati in combinazione con le cellule che forniscono lo spazio necessario per un'interazione efficiente delle cellule cellulari. I due diversi tipi di micro barre di gel si interconnettono al contatto.
All'alto rapporto d'aspetto porta a pori più grandi mantenendo la stabilità dell'impalcatura utilizzando meno materiale sintetico rispetto ai micro gel sferici. Gli scaffold dei micropori migliorerebbero significativamente l'infiltrazione e l'interazione delle cellule endogene per riparare il tessuto danneggiato. I pori dilatati faciliteranno la formazione dei vasi sanguigni per scambiare sostanze nutritive al tessuto in crescita.
La riduzione del materiale impalcato è vantaggiosa in quanto vengono forniti più spazi aperti per la formazione dei tessuti, che è importante sia per le applicazioni in vitro che in vivo. Un aspetto critico è la microfitica sulla tecnica di chipulazione. Per garantire la produzione continua di micro barre di gel, il prodotto deve essere efficacemente trasportato fuori dal tubo senza intasamento.
Per iniziare, inserire gli aghi nei tubi di polietilene e rimuovere il gas dalla siringa e dal tubo. Quindi inserire un ulteriore tubo di polietilene nell'uscita per la raccolta del prodotto. Quindi, posizionare tutte le siringhe di vetro e le pompe a siringa e inserire ciascuna estremità del tubo nell'ingresso corrispondente.
Quindi, focalizzare il microscopio sulla sezione trasversale olio-acqua. Avviare la prima pompa della siringa dell'olio per riempire prima il canale con olio, per evitare la bagnatura del canale da parte della fase dispersa. Quindi, ridurre la prima portata dell'olio a 30 microlitri all'ora e avviare la pompa della siringa prepolimerica fino a quando la fase acquosa dispersa può essere osservata nella sezione trasversale.
Quindi, impostare la portata pre-polimero su 30 microlitri all'ora e focalizzare il microscopio sull'uscita. Quindi, avviare la seconda pompa della siringa dell'olio e attendere che il regime di flusso sia stabile. Posizionare il tubo di uscita in un contenitore di raccolta e impostare il sistema di irradiazione UV in modo tale che l'irradianza sia compresa tra 900 e 1000 milli watt per centimetro quadrato.
E il punto di irradiazione è la parte del canale dritto prima dell'uscita. Prima dell'irradiazione UV, regolare le portate del prepolimero e del primo olio per ottenere il rapporto d'aspetto desiderato nell'intervallo da 3,0 a 4,5 e impostare il tempo di irradiazione della fase dispersa a circa 2,3 secondi, a seconda delle dimensioni dello spot di irradiazione. Quindi avviare l'irradiazione UV e, se necessario, regolare nuovamente le portate in base alla sottosezione precedente.
Quindi, cambiare il contenitore di raccolta e annotare l'ora di inizio della raccolta del prodotto e le portate. Per terminare la raccolta, rimuovere il contenitore di raccolta annotando l'ora. Successivamente, interrompere l'irradiazione e tutte le pompe a siringa.
Successivamente lavare il prodotto cinque volte ciascuna con n-esano, isopropanolo e acqua deionizzata. Quindi rimuovere il surnatante dopo la sedimentazione dell'asta. Trasferire la dispersione del primo componente in un flaconcino trasparente conico da 1,5 o due millilitri.
Quindi aggiungere il secondo componente in modo controllato in un funzionamento continuo con una pipetta da 100 microlitri e mescolare il contenuto direttamente utilizzando la pipetta per assorbire il liquido e aggiungerlo nuovamente. Quindi aggiungere la soluzione G R G D S P C alla struttura interconnessa per modificare tutti i restanti gruppi epossidici con il peptide adesivo cellulare contenente un'ammina libera e un tial e lasciare a temperatura ambiente durante la notte. Quindi, rimuovere le molecole non reagite lavando con acqua deionizzata e rimuovere il surnatante.
Dopo aver ridotto il livello dell'acqua, aprire il flaconcino e deirradiare con luce UV di lunghezza d'onda, da 250 a 300 nanometri. Quindi chiudere il flaconcino e trasferire il flaconcino su un banco pulito. Successivamente, lavare con acqua sterile.
Sostituire l'acqua nel flaconcino con terreni di coltura cellulare e lasciare l'equilibrio per cinque minuti. Quindi, trasferire l'impalcatura macroporosa in una piastra di coltura cellulare per l'esperimento versando o usando una spatola. La microscopia confocale ha rivelato che il costrutto macroporoso 3D era composto da ammine interconnesse e micro barre di gel funzionalizzate epossidiche.
Il costrutto presenta una geometria compatta di circa 10.000 micro barre di gel formate in due o tre secondi. Il modulo di Young efficace di ammine e micro barre di gel epossidico insieme a sfere di ammina e micro gel epossidico viene misurato mediante nano indentazione. Per rilevare gruppi funzionali attivi, l'isotiocianato di fluoresceina può essere utilizzato per visualizzare i gruppi amminici primari e l'isomero dell'ammina fluoresceina può essere impiegato per etichettare i gruppi epossidici.
Le barre di micro gel amminico hanno dimensioni con una lunghezza media di 553 micrometri e una larghezza media di 193 micrometri in acqua deionizzata, risultando in un rapporto di aspetto di circa 3,0. I valori medi dei macro pori e degli scaffold composti da micro barre di gel sono di 100 micrometri, con il 90% delle dimensioni dei pori che vanno da 30 micrometri a oltre 150 micrometri. La sfera come micro gel, si traduce in cluster con dimensioni dei pori comprese tra circa 10 e 55 micrometri, con un valore medio di circa 22 micrometri.
Le barre di micro gel descritte sono progettate per produrre scaffold di micropori interconnessi mediante miscelazione casuale. Una procedura di miscelazione controllata potrebbe consentire la fabbricazione di geometrie di impalcature più personalizzate in futuro. La rigidità dei micro gel e dei segnali biochimici può essere variata in base alle esigenze di vendita.
Combinando diversi elementi costitutivi è possibile ottenere un'ampia varietà di geometrie e proprietà all'interno di un'impalcatura. In questo modo possiamo indirizzare cellule specifiche in modo efficiente per formare tessuti multicellulari.
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Panoramica
Questo articolo discute la fabbricazione di aste di microgel che si interconnettono per formare scheletri microporosi adatti alla coltura cellulare. Il design unico permette pori più grandi mantenendo la stabilità, migliorando l'interazione cellulare e la riparazione dei tessuti.
Componenti principali dello studio
Area di scienza
- Neuroscienze
- Biomateriali
- Ingegneria dei tessuti
Contesto
- Le aste di microgel sono prodotte tramite microfluidica.
- Possedono gruppi reattivi complementari per l'interconnessione.
- Queste strutture creano pori più grandi rispetto ai microgel sferici.
- I costrutti macroporosi possono supportare efficacemente la coltura cellulare.
Obiettivo dello studio
- Fabbricare aste di microgel che possano interconnettesi in scheletri stabili.
- Migliorare le interazioni cellula-cellula nelle applicazioni di ingegneria dei tessuti.
- Migliorare lo scambio di nutrienti attraverso strutture a pori più grandi.
Metodi utilizzati
- Fabbricazione microfluidica di aste di microgel.
- Modifica dei microgel con GRGDS-PC.
- Valutazione della stabilità dello scheletro e della dimensione dei pori.
- Valutazione dell'efficacia della coltura cellulare nei costrutti macroporosi.
Principali risultati
- Le aste di microgel si interconnettono al contatto, formando scheletri stabili.
- Un alto rapporto d'aspetto porta a micropori più grandi.
- Gli scheletri mantengono la stabilità con meno materiale sintetico.
- Migliorata infiltrazione e interazione delle cellule per la riparazione dei tessuti.
Conclusioni
- Le aste di microgel sono efficaci nella creazione di scheletri per la coltura cellulare.
- I pori più grandi facilitano la formazione dei vasi sanguigni e lo scambio di nutrienti.
- Questo approccio può aiutare significativamente nelle applicazioni di ingegneria dei tessuti.
Domande frequenti
Executive Industry Relevance
Interlinked macroporous 3D scaffolds fabricated from functionalized microgel rods enable the creation of high-porosity, mechanically stable constructs for advanced cell-based assays and tissue engineering models. This platform supports efficient cell infiltration and interaction, providing a robust foundation for discovery-stage studies requiring physiologically relevant environments. The method's modularity and tunable properties position it as a reusable capability for translational research and preclinical model development.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Facilitates interrogation of cell-matrix interactions in a controlled 3D environment.
- Enables functional validation of biomaterial-driven cellular responses.
- Supports predictive confidence in early-stage tissue engineering hypotheses.
Screening & Assay Development
- Provides standardized, reproducible scaffolds for quantitative cell-based assays.
- Enables preparation of high-porosity constructs for compound screening workflows.
- Supports scalability and platform reuse across multiple assay formats.
Translational & Preclinical Research
- Aligns scaffold architecture with disease-relevant tissue models for translational continuity.
- Enables risk-adjusted advancement of biomaterial candidates based on functional cell outcomes.
- Supports mechanistic de-risking by allowing post-modification of active functional groups.
Pipeline & Workflow Integration
This scaffold fabrication method integrates from early discovery through preclinical research, supporting lead identification and translational model development.
- Discovery Biology: Enables hypothesis testing of cell behavior in tunable 3D matrices.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative readouts for cell viability and interaction studies.
- Analytics: Provides measurable outputs such as pore size distribution and scaffold stiffness for comparative analysis.
- Translational Research: Bridges in vitro findings to preclinical tissue models through customizable scaffold properties.
- Enterprise Reuse: Offers a modular platform adaptable to diverse cell types and experimental needs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in cell-matrix studies.
- Operational Value: Standardizes scaffold production for reproducibility and scalability.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by enabling robust, physiologically relevant assays.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of biomaterial and tissue engineering programs.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microfluidics and polymer chemistry for scaffold fabrication.
- Needs access to UV irradiation systems and analytical tools for scaffold characterization.
- Demands cross-team standardization for reproducible scaffold properties and assay integration.
- Adaptable to various cell types and experimental models with post-modification options.
- Practical limitations include flow control precision and potential clogging during microgel rod production.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Introduction
1:11
Production and Purification of Amine and Epoxy Functionalized Microgel Rods
3:34
Macroporous Scaffold Formation and Cell Adhesive Post-Modification
4:24
Sterilization and Transfer into Cell Culture Media
5:02
Results: Interlinked Macroporous 3D Scaffolds from Microgel Rods
6:41
Conclusion
