Method Article

세 디스펜서 데카르트 프린터 사용 Bioprinted 세포를 구축의 생존

DOI:

10.3791/53156

⸱

September 22nd, 2015

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Surgery, Medical University of South Carolina, 2Department of Regenerative Medicine and Cell Biology, Medical University of South Carolina, 3Department of Bioengineering, Clemson University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Cartesian bioprinter는 정밀하고 재현 가능한 형상으로 다중 재료 증착을 허용하는 동시에 환경 요인을 제어할 수 있도록 설계 및 제작되었습니다. 3차원 바이오프린터를 사용하면 복잡하고 실행 가능한 구조를 인쇄하고 쉽게 복제할 수 있습니다.

Abstract

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조직 공학은 기능하지 않거나 손상된 조직의 대체품 구성에 중점을 두고 있습니다. 조직 공학에서 3차원 바이오프린팅을 활용하면 생체 모방 조직 구조를 제작하기 위해 세포와 매트릭스를 프린팅하는 새로운 방법이 생겨났습니다. 3차원 바이오프린팅을 위해 개발된 SFF(Solid Freeform Fabrication) 방법은 세포와 하이드로겔의 방울을 층별로 증착하는 적층 제조 접근 방식을 사용합니다. 바이오프린팅 제작은 3차원 구조에 생물학적 물질을 구체적으로 배치하는 것에 따라 달라지며, 프린팅된 구조는 천연 조직에서 세포 및 세포 외 기질의 복잡한 조직을 밀접하게 모방해야 합니다. 이 논문은 데카르트 바이오프린터인 팔메토 프린터(Palmetto Printer)의 사용과 공간적으로 조직되고 실행 가능한 구조를 생산하는 동시에 환경 요인을 제어할 수 있는 프로세스를 강조합니다. 이 방법론은 CAD(Computer-Aided Design) 및 CAD(Computer-Aided Manufacturing)를 활용하여 이러한 구체적이고 복잡한 형상을 생성합니다. 마지막으로, 이 접근 방식을 사용하면 제어 가능한 인쇄 매개변수에 의해 최적화된 제작된 구조물을 재현 가능한 생산으로 만들 수 있습니다.

Introduction

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조직 공학은, 유지, 복원 또는 기본 조직을 강화하고 기능 대체의 개발에 생물학 및 공학의 원리를 사용합니다. 조직 공학뿐만​​ 아니라 세포 기반 센서, 약물 / 독성 검사, 조직 또는 종양 모델 및 기타 과학 및 기술의 발전을 촉진 할 필요에 입체 생체 모방 형 구조를 생성하는 능력. 면밀히 세포 및 조직에서의 원시 세포 외 기질의 고도로 조직화 된 상호 작용을 모방해야하므로 조직 공학 구조물의 3 차원 조직의 제조 방법의 기본적인 구성 요소이다.

생분해 성 및 성형 가공 삼차원 지지체는 세포가 세포의 이차원 층을 형성하기 때문에 신규 이주 조직 구조를 생성하는 중요한 요인이 있지만 선호 입체에서 성장하는 능력이 부족하다. 지지체는 세포의 임시 토대가됩니다부착 및 증식, 그래서 제어 다공성 생분해 성, 그리고 충분한 기계적 integrit와 물질로 구성되어야한다. 지지체 물질은 세포 독성이거나 호스트로부터 부정적인 반응을 만들면 안됩니다. 하이드로 겔은 일반적으로 조직 공학 기술에 사용되어 왔으며, 그들의 친수성 ​​하이드로 겔은 structur 걸쳐 유체 및 가스 교환을 허용한다. 다른 하이드로 겔을 조합하여, 합성 하이드로 겔의 특성은 별개의 애플리케이션 요건을 충족시키는 수정 가능하다.

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Protocol

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알긴산 히드로 겔의 3 차원 Bioprinting에 대한 젤라틴 함유 기판 1. 준비

  1. 고 함량의 감소와 연관된 가능성을 피하기 위해 Pataky 등 11에 의해 기술 된 칼슘 / 젤라틴 기재 방법에 따라 칼슘 / 젤라틴 기판을 준비한다. 칼슘 / 젤라틴 기판 방법은 아래에 나열되어 있습니다.
    1. 증류수에 염화칼슘에 탈수 (1.5 중량 %), 염화나트륨 (0.9 중량 %), 및 돼지 젤라틴 (2 중량 %)을 합하여 100 mM의 젤라틴 용액을 만들기 위해 2 분 동안 끓인다.
  2. 젤 O에 냉장고에 평평한 표면에, 100mm 표준 배양 접시에 젤라틴 / 칼슘 용액 5 ㎖를 붓고 심지어 표면에 코팅하기 위해 주변의 솔루션을 소용돌이, 장소 / N은 ​​(GEL 할 수 있도록 최소한 8 사용하기 전에 시간).
  3. 젤라틴 / CaCl2를 용액에 산화 티탄 (0.3 중량 %)를 추가하고, 기판 표면의 불투명도를 증가. 10 분 동안 교반한다. AUT그것을 살균 30 분 동안 액체 사이클에 젤라틴 / 이산화 티탄 용액을 oclave.
    1. 이전에 조제한 젤라틴 판의 표면에 젤라틴 / 이산화 티탄 용액 3 ㎖를 추가한다. ....

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Results

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결과 bioprinter 정확하게 특정 입체 장소에서 세포를 함유 한 하이드로 겔 증착하고 일관 컴퓨터 지원 소프트웨어를 이용하여 입증 할 수있다. 이 소프트웨어는 각 방울의 위치를 확인하고 (그림 3,4) 분배에 대한 많은 매개 변수를 제어 할 수 있습니다. 적절하게 생체 물질을 증착하는 bioprinter의 반복은 조직 공학 응용 프로그램에서의 성공에 필수적입니다.

세포 생존, 성공적인 bioprinting 기술의 요구 사항 중 하나는, 1 시간, 후 인쇄 8일을 분석 하였다. 높은 세포 생존율은 생체 모방 형 구조를 제조하기위한 필수적이고 충분한 bioink의 직접적인 표현이다. RGD 펩티드 결합은 확산 셀을 홍보하여​​ 오랜 기간 동안 세포 생존 능력을 향상시킨다. 형광 현미경 법은 프린팅 공정 후 구조물은 세포 생존율을 정량화하는 데 사용되었다. CONCENTR와 알긴산 bioink15 %와 5 %의 산화 ATION는 0 일 98 %의.......

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Discussion

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조직 공학의 주요 초점은 복원 유지, 또는 기본 조직 능을 향상시킬 수있는 생물학적 대체품을 개발하여 장기 이식 부족과 요구 사이의 갭을 ​​연결한다. 이것은 내부 geometr을 통해 복잡한 해부학 적으로 정확한 외부 형상, 정밀 제어와 비계의 직접 제작하게되었다. 입체 bioprinting은 층별 approac를 이용한 디지털 모델의 다양한 크기와 형태의 입체 구조를 생성하기 위해 사용되는 방법이다. 입체 생체 모방 구조의 제조는 조직 공학의 발전에 중요한 역할을한다.

생성 된 구조의 생체 모방 능의 영향을 설계 프로세스의 중요한 측면이 있습니다. 생체 재료 및 기판의 온도를 제어하는​​ 능력은 하이드로 겔의 겔화기구 나 그 유지에 필수적인따라서 하이드로 겔 내에서 세포의 분포, 증식 및 분화에 영향을 미치는 기계적인 특성. 기관은 많은 세포 유형으로 구성되므로 다수의 디스펜서 이종 조직 형 구조의 제조에 중요하다. 외부 아키텍처의 컴퓨터 지원 설계는 별개의 상처 나 조직.......

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Disclosures

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저자는 공개할 것이 없습니다.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 작품은 그랜트 번호 EPS-0903795 국립 과학 재단 (National Science Foundation), NIH NIDCR R01 - DE019355 (MJY PI)​​, 그랜트 8P20 GM103444 (YM PI)에 의해 수여 아래 정부 지원에 의해 지원되었다.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
포지셔닝 로봇 (JR2000 XYZ)자노메 
디스펜서: SDAV 선형 드라이브 SmartDispensersFishman Corporation
광학 광 센서: Keyensce
변위 레이저: OD MiniSICK
재순환 수조: PolystatCole-ParmerEW-12122-02
USB 카메라: Dino-Lite Premier 5MPAnMo Electrionics/YSC TechnologiesAD7013MT
프린터 호환 컴퓨터 설계 소프트웨어: JR-C 포인트Janome JanomeRobot 구매 시 제공
CAD(Computer-Aided Design Drawing) 소프트웨어: Visual PathBuilderRatioServ다운로드 가능: www.ratioserv.com/index.php/downloads
프린터 3cc 주사기: Fishman Corporation122051
22G 디스펜서 팁Fishman CorporationZ520122 
염화칼슘 이수화물시그마-알드리치10035-04-8
염화나트륨시그마-알드리치7647-14-5
돼지 젤라틴시그마-알드리치9000-70-8
이산화티타늄시그마-알드리치13462-67-7
프로타날 LF 20/40 알긴산(알긴산나트륨)FMC 바이오폴리머9005-38-3
염산Sigma-Aldrich7647-01-0
에틸렌 글리콜Mallinckrodt Baker, Inc9300-01
소듐 요드산염Sigma-Aldrich7790-28-5
hADSCLonzaPT-5006사용할 때까지 액체 질소에 바이알에 보관하십시오.
Dulbecco의 변형 된 독수리의 매체Gibco Life Technologies11965-092Warm in 37 ° C 사용하기 전에 물을.
트립신/EDTALonzaCC-5012웜 37 ° C 사용하기 전에 물을.
Calcein AMGibco Life TechnologiesC3100MP-80 °의 어둠 속에서 매장; C를 사용할 때까지.
Live/Dead 포유류 생존력 분석 키트Invitrogen Life TechnologiesL-3224-80 °의 어둠 속에 저장; C를 사용할 때까지.
MES 수화물시그마-알드리치M2933
N-하이드록시숙신이미드시그마-알드리치130672
1-에틸-(디메틸아미노프로필) 카르보디이미드 (EDC)시그마-알드리치E1769 10 지
Dulbecco의 인산염 완충 식염수, +칼슘, +마그네슘라이프 테크놀로지1404013337°C에서 따뜻하게 합니다. C 사용하기 전에 물을.
Dulbecco의 인산염 완충 식염수, -칼슘, -마그네슘라이프 테크놀로지1419014437°C에서 따뜻하게 C 사용하기 전에 물을.
RGD 펩타이드국제 펩타이드
Alexa Fluor 546 Phalloidin StainInvitrogen Life TechnologiesA22283-20 °에서 저장; C 사용
까지(4', 6-Diamidino-2-Phenylindole, Dihydrochloride) (DAPI) StainLife TechnologiesR37606-20 °에서 저장; C 사용할 때까지

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Langer, R., Vacanti, J. P. Tissue Engineering. Science. 260 (5110), 920-926 (1993).
  2. Derby, B. Review: Printing and Prototyping of Tissues and Scaffolds. Science. 338 (6109), 921-926 (2012).
  3. Kachurin, A. M., et al. Direct-Write Construction of Tissue-....

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