ここで提示するゼラチンメタクリロイルの3Dバイオプリンティングのための方法である。
方法論記事
ここで提示するゼラチンメタクリロイルの3Dバイオプリンティングのための方法である。
ゼラチンメタクリロイル(GelMA)は、バイオプリンティングの分野で人気の生体材料となっています。この物質の導出はゼラチンであり、哺乳動物のコラーゲンから加水分解される。したがって、アルギニン-グリシンアスパラギン酸(RGD)配列およびマトリックスメタロプロテイナーゼ(MMP)の標的モチーフは分子鎖上に残り、細胞の付着および分解を達成するのに役立ちます。さらに、ゲルマの形成特性は汎用性が高い。メタクリルアミド基は、光開始剤の存在下で光照射下で物質が急速に架橋することを可能にする。したがって、この有望な材料と三次元(3D)構造を合成するための適切な方法を確立することは非常に理にかなっています。しかし、その低粘度はGelMAの印刷性を制限する。ここで提示するゲルマヒドロゲルの3Dバイオプリンティング、すなわちゲルマ微小球、ゲルマ繊維、ゲルマ錯体構造、およびゲルマベースのマイクロ流体チップの製造を行う方法を示します。得られた材料の構造と生体適合性、ならびに印刷方法について議論する。このプロトコルは、以前に適用された生体材料とGelMAとの間の橋渡し役となり、生物医学用途向けのGelMAベースの3Dアーキテクチャの確立に貢献できると考えられています。
ヒドロゲルは、生体加工1、2、3、4の分野において適した材料であると考えられている。中でも、ゼラチンメタクリロイル(GelMA)は、最も汎用性の高い生体材料の一つとなっており、当初はヴァンデンブルッケら5によって2000年に提案された。ゲルマは、無水メタルジド(MA)とゼラチンの直接反応によって合成される。哺乳動物コラーゲンによって加水分解されるゼラチンは、マトリックスメタロプロテイナーゼ(MMP)の標的モチーフから構成される。したがって、GelMAによって確立されたインビトロ3次元(3D)組織モデルは、生体内の細胞と細胞外マトリックス(ECM)との相互作用を理想的に模倣することができる。さらに、アルギニン-グリシンアスパラギン酸(RGD)配列は、アルギン酸塩などの他のいくつかのヒドロゲルに存在しないが、GelMAの分子鎖上に残る。これにより、ヒドロゲルネットワーク6内の封入された細胞の付着を実現することができる。さらに、GelMAの形成能力は有望である。GelMA分子鎖上のメタクリルアミド基は、軽度の反応条件下でフォトイエーターと反応し、光照射への曝露時に共有結合を形成する。したがって、印刷された構造を迅速に架橋して、設計された形状を簡単な方法で維持することができます。
これらの特性に基づき、一連の分野ではGelMAを活用して、組織工学、基礎細胞学解析、薬物スクリーニング、バイオセンシングなど、さまざまな用途を行っています。従って、様々な製造戦略も実証されている7、8、9、10、11、12、13、14である。しかし、その根本的な特性に起因するGelMAに基づく3Dバイオプリンティングの実行は依然として困難です。ゲルマは温度に敏感な材料です。印刷プロセス中、バイオインクの物理的状態を維持するために印刷雰囲気の温度を厳密に制御する必要があります。また、GelMAの粘度は、一般に他の一般的なヒドロゲル(すなわち、アルギン酸塩、キトサン、ヒアルロン酸など)よりも低い。しかし、この材料15で3Dアーキテクチャを構築する際に他の障害に直面しています。
本稿では、本研究室が提案するGelMAの3Dバイオプリンティングに対するいくつかのアプローチをまとめ、印刷されたサンプル(すなわち、GelMA微小球、GelMA繊維、GelMA複合構造、およびゲルマベースのマイクロ流体チップの合成)について説明します。各方法には特殊な機能があり、要件の異なる状況で採用できます。GelMAマイクロスフィアは、液滴サイズを縮小するために余分な外部電気力を形成する電気支援モジュールによって生成されます。ゲルマ繊維の面では、それらは粘性アルギン酸ナトリウムの助けを借りて同軸バイオプリンティングノズルによって押し出される。さらに、複雑な3D構造の確立は、デジタル光処理(DLP)バイオプリンターで達成されます。最後に、GelMAハイドロゲルと従来のマイクロ流体チップを組み合わせたGelMAベースのマイクロ流体チップを構築する2回の架橋戦略が提案されています。このプロトコルは、私たちの研究室で使用されるGelMAバイオプリンティング戦略の重要な要約であり、相対的な分野で他の研究者を刺激する可能性があると考えられています.
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1. 細胞培養
2. ゲルマ微小球の作製
3. ゲルマ繊維の製造
4. 複雑な3Dゲルマ構造の製作
注:図 3Aは、複雑な 3D GelMA 構造の製造スケッチを示しています。
5. ゲルマベースのマイクロ流体チップの製造
メモ:図4Aは、GelMAベースのマイクロ流体チップの製造スケッチを示しています。
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GelMA微小球の製造中に、GelMA液滴は外部電界力によって分離された。液滴が受け入れシリコンオイルに落ちたとき、彼らは尾のない標準的な回転楕円体形状のままでした。これは、GelMA液滴が水相にあったのに対し、シリコンオイルは油相にあったためです。2つの相の間に形成された表面張力は、GelMA液滴が標準的な回転楕円体形状を維持する原因となった。細胞を積んだ微小球に関しては、細胞はこの過程で高電圧電界力を経験した。染色されたMDA-MB-231sの形態(図1B-E)から、カプセル化されたMDA-MB-231sがその拡散能力を維持し、この電気補助製造法の生体適合性を検証することがわかった。
ゲルマ繊維に関しては、ゲルマおよびアルギン酸ナトリウム溶液は、それぞれ同軸ノズルの内側と外側のノズルに流れた。アルギン酸ナトリウムはゲルマよりも粘度が高かったので、ゲルマはアルギン酸ナトリウム溶液中で制限され、ライン形状を維持した。光による照射(波長405nm)により、内側のゲルマが架橋し、ゲルマ繊維を形...
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この記事では、GelMA 3D構造、すなわちGelMAマイクロスフィア、GelMA繊維、GelMA複合構造、およびGelMAベースのマイクロ流体チップを製造するためのいくつかの戦略について説明します。GelMAは有望な生体適合性および形成能力を有し、生物加工の分野で広く使用されている。微小球構造は、制御薬物放出、組織培養、およびさらなる治療のための生物への注入に適している21、22、23、24、25。GelMA溶液の粘度が低いため、その形成は困難です。したがって、GelMA微小球の製造中に、この問題を解決するために電気流体力学(EHD)原理が選択された。印加される電圧は比較的低く、マイクロ液滴を1つずつ生成した。より小さいサイズの微小球を作製するには、印加電圧を増加させることができ、そして流体はテイラーコーン
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著者たちは何も開示する必要はない。
この作品は、中国国家主要研究開発プログラム(2018YFA0703000)、中国国立自然科学財団(No.U1609207、81827804)、国立自然科学創造研究グループ科学基金が主催しました。中国の財団(第51821093)。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 0.22 以上 μ;mフィルター膜 | ミリポア | ||
| 2-(4-アミジノフェニル)-6-インドールカルバミジン二塩酸塩(DAPI) | Yeasen Biological Technology Co., Ltd., Shanghai, China | ||
| 3Dバイオプリンター | SuZhou Intelligent Manufacturing Research Institute, SuZhou, China | ||
| 405nm波長光 | SuZhou Intelligent Manufacturing Research Institute, SuZhou, China | ||
| 同軸ノズル | 蘇州インテリジェント製造研究所、蘇州、中国 | ||
| 共焦点蛍光顕微鏡 | オリンパスFV3000 | ||
| デジタル光処理(DLP)バイオプリンター | 蘇州インテリジェント製造研究所、蘇州、中国 | ||
| DLPプリンター | 蘇州インテリジェント製造研究所、蘇州、中国 | ||
| ダルベッコのリン酸緩衝生理食塩水(DPBS) | Tangpu Biological Technology Co., Ltd., Hangzhou, China | ||
| ダルベッコの改変イーグル培地(DMEM) | Tangpu Biological Technology Co., Ltd., Hangzhou, China | ||
| ベッコのL-グルタミン配合の改変イーグル培地(DMEM/F-12) | Tangpu Biological Technology Co., Ltd., 杭州, 中国 | ||
| EFL Software | 蘇州インテリジェント製造研究所、蘇州、中国 | ||
| 牛胎児血清 (FBS) | Tangpu Biological Technology Co., Ltd.、杭州、中国 | ||
| ゼラチン | Sigma-Aldrich、上海、中国 | ||
| ゼラチンメタクリロイル (GelMA) | 蘇州インテリジェント製造研究所、蘇州、中国 | ||
| 高電圧電力 | 蘇州インテリジェント製造研究所、蘇州、中国 | ||
| リチウムフェニル-2、4、6-トリメチルベンゾイルホスフィン酸(LAP) | 蘇州インテリジェント製造研究所、蘇州、中国 | ||
| パラホルムアルデヒド | 唐浦生物技術有限公司、杭州、中国 | ||
| ペニシリン/ストレプトマイシン | Tangpu Biological Technology Co., Ltd., Hangzhou, China | ||
| Alginate ナトリウム (Na-Alg) | Sigma-Aldrich, Shanghai, China | ||
| TRITC phalloidin | Yeasen Biological Technology Co., Ltd., Shanghai, China | ||
| Triton X-100 | Solarbio Co., Ltd., Shanghai, China |
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