懸濁3Dバイオプリンティングのためのゲル化中のせん断処理によって形成されたアガロース流体ゲル

異なるバイオインクを使用する能力は、バイオプリント構造の開発を成功させるために最も重要であり、この技術は、従来の印刷技術と一般的に互換性のない材料の使用を容易にする。懸濁媒体は、堆積時に低粘度のバイオインクの崩壊を防ぎ、単一の構築物内に異なるバイオインクを統合して、天然組織により類似した化学的および機械的特性の地域的変動を作り出すことを可能にします。手順を実演するのは、バーミンガム大学の研究員であるトム・ロバートソン博士と、ハダースフィールド大学の研究員であるジェシカ・シニア博士です。

まず、レオメーターをオンにし、40ミリメートルの鋸歯状の形状を挿入して、30分間放置します。ゼロギャップ高さ関数を使用してレオメーターのギャップ高さをゼロにします。底板に約2ミリリットルのサンプルを追加し、上部のジオメトリを下げて1ミリメートルのギャップ高さを作成します。

平らな非研磨性のエッジを使用してプレート間から排出された余分な材料を取り除き、余分な液体をギャップから引き離し、ティッシュペーパーで吸収することにより、サンプルをトリミングします。バイオインクの注入性を判断するには、ユーザーオプションから粘度測定テストを選択して粘度プロファイルを実施します。せん断速度制御ランプテストのパラメータを1分のランプ時間で毎秒0.1〜500で入力します。

新しいサンプルをロードし、再現性を確保するためにプロセスを繰り返します。バイオインクのゲル化特性を決定するために、ユーザーオプションから振動試験を選択して小さな変形試験を実施した。一定のひずみ下での1回の周波数テストにパラメータを入力し、1ヘルツの周波数として、インクがゲル化している間に1時間にわたって0.5%のひずみ。

前に示したステップのせん断速度制御ランプテストから決定された上下の応力を使用して、応力制御下の新しいサンプルに対して粘度測定ランプテストを繰り返します。ゲル化したサンプルのin situ振幅および周波数測定を実行するには、ユーザーオプションから振動試験を選択します。振幅掃引を選択した後、一定の1ヘルツ周波数で0.01〜500%にひずみ制御される振幅掃引試験のパラメータを入力します。

テストが完了したら、スペクトルを分析して線形粘弾性領域を決定します。レオメーターに新しいサンプルをロードし、ゲル化させます。次に、ユーザーオプションから振動テストを選択します。

0.01〜10ヘルツの周波数テストと入力周波数パラメータを選択し、以前に取得した振幅掃引データから決定されたスペクトルの線形粘弾性領域内のひずみを選択します。CADソフトウェアを起動し、CADモデルの生成を開始するには、[ツール]オプションを選択し、CADソフトウェアの[材料]をクリックして、選択したバイオインクの印刷パラメータを定義します。[厚さ]タブに推定フィラメント直径を入力して、各層のz厚さを決定します。

レイヤーごとに構造レイヤーを設計するには、ソフトウェアの[レイヤー]タブを使用し、[グループ]タブを使用してレイヤーをグループ化し、[レベル]タブを使用して各レイヤーをz平面上のレベルに割り当てます。X 軸に沿ってフィラメントを持つ 1 つのレイヤーと Y 軸に沿って 2 番目のレイヤーを作成して格子構造を生成し、両方を別のレベルに割り当てます。[グループ]タブで、構造内の繰り返し単位数を選択して、造形高さを決定します。

次に、[生成]ツールをクリックして、デザインのGコードを作成し、構造の3Dレンダリングを表示します。バイオプリンターで、バイオインクを印刷カートリッジに分注し、マイクロバルブの上のプリントヘッドにねじ込みます。次に、針の長さ測定機能をクリックして、プリントヘッドを調整します。

次に、組み立てたプリントヘッドを空気圧システムに接続し、培養容器をプリントプラットフォームにロードします。適切な圧力を選択したら、前に生成されたGコードを開き、[実行]をクリックして印刷プロセスを開始します。頸動脈の印刷が完了したら、注射器と針を使用して、構築物の周りに2ミリリットルの200ミリモル塩化カルシウム二水和物を注入します。

最低3時間後、コンストラクトの周囲から流体ゲルサポートベッドを取り外し、PBSで静かに洗浄します。次に、スパチュラを使用してサポートバスからコンストラクトを取り外します。アルギン酸塩およびコラーゲン格子の印刷解像度を、30、60、および120キロパスカルの押出成形によるフィラメント直径の関数として調整することが観察され、結果は、解像度が押出圧力の変化に直接調整可能であることを示しました。

皮膚に見られるものと同様の機械的特性の勾配を達成するために、真皮層と皮下層に異なる割合のペクチンとコラーゲンが使用され、層間剥離の兆候のない構造が得られました。材料が硬化した14日間の培養後、構造全体に高レベルの細胞生存率が観察され、材料のリモデリングを示しました。レオロジーでは、再現性のあるデータを確保するためにサンプルが正しくロードされることが重要であり、バイオプリンティングでは、サポートベッドから取り出す前に構造が完全に架橋されていることが重要です。

大規模な組織構築物を長期間培養することで、物理的および化学的刺激に対する埋め込まれた細胞の応答を調べることができます。