Name: κ-Carrageenan Sub-Microgel Medium을 사용한 조직 유사 구조의 임베디드 바이오프린팅 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-05-03T14:40:00.000+00:00
Duration: 4 min 58 s
Description: 배우세요 κ-carrageenan 서브-마이크로겔 서스펜션 배스를 사용한 고해상도 3D 바이오프린팅 방법을. 565나노미터 균일 입자 크기로 심장 및 식도 유사 조직을 정밀하게 제작하여 조직 공학 연구에 활용할 수 있습니다.

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본 연구는 닝보자연과학재단(2022J121, 2023J159), 닝보시 자연과학재단 핵심프로젝트(2021J256), 푸단대학교(Fudan University) 고분자분자공학 국가핵심연구소 개방재단(K2024-35), 중국 저장성 죽상동맥경화성 질환 정밀의학핵심연구소(2022E10026)의 지원을 받았다. 핵심 시설, 닝보 대학의 건강 과학 센터에 의한 기술 지원에 감사드립니다.

1. κ-carrageenan sub-microgel 현탁액 배스의 제조 
<ol><li>1,000mL 유리병 내 500mL의 인산염 완충 식염수(PBS, pH 7.4) 용액에 κ-카라기난 분말 1.75g을 첨가하여 κ-카라기난 현욕 수조 500mL(0.35% wt/vol)를 준비합니다.</li>
	<li>70mm 마그네틱 교반기 막대를 유리병에 삽입하여 수성 혼합물을 저어줍니다. 유리병 뚜껑을 조인 다음 반 바퀴 돌려 풉니다.</li>
	<li>유리병을 70°C 수조에 넣고 가열합니다. 300rpm의 속도로 자기 교반기를 켜고 병을 놓고 폴리머가 완전히 용해될 때까지 저어줍니다.</li>
	<li>다른 유리병을 가져다가 살균을 위해 오토클레이브에 넣고 121°C에서 30분 동안 작동합니다.</li>
	<li>고압 멸균기가 80°C로 냉각된 후 멸균기에서 병을 제거하고 추가 처리를 위해 매우 깨끗한 작업대로 옮깁니다.</li>
	<li>0.22μm 필터를 사용하여 완전히 용해된 κ-카라기난 용액을 멸균된 유리병에 여과합니다. 알림: κ-카라기난이 냉각되어 필터를 막는 것을 방지하기 위해 용액이 뜨거울 때 신속하게 여과를 수행하십시오.</li>
	<li>κ-카라기난 용액을 4°C에서 보관하여 12시간 동안 양이온 가교 겔화를 유도합니다.</li>
	<li>25°C에서 1200rpm의 교반 속도로 60mm 자기 교반기를 사용하여 약 60분이 소요되어 액체 상태로 성공적으로 변할 때까지 κ-카라기난 하이드로겔을 기계적으로 분쇄합니다. 알림: κ-카라기난 하이드로겔을 25-37°C 사이에서 보관하여 저온에서 겔화가 발생하거나 고온에서 용해되는 것을 방지하십시오.</li>
</ol>2. 젤라틴 메타크릴레이트/실크 피브로인 메타크릴레이트 복합 바이오잉크의 제조
<ol><li>PBS 용액(pH 7.4)에 10%(wt/vol) 젤라틴 메타크릴레이트(GelMA)와 6%(wt/vol) 실크 피브로인 메타크릴레이트(SFMA)를 결합하여 복합 바이오잉크를 제조합니다. GelMA 2.0g과 SFMA 분말 1.2g을 따로 계량합니다.</li>
	<li>분말을 두 개의 50mL 원심분리기 튜브에 천천히 추가합니다. 10mL의 PBS 용액을 50mL 원심분리 튜브에 별도로 추가합니다.</li>
	<li>각각에 10mm 마그네틱 교반기를 추가하고 45°C의 수조에서 지속적으로 저어주고 가열합니다. GelMA 및 SFMA 분말이 완전히 용해되도록 약 30분 동안 기다립니다.</li>
	<li>GelMA와 SFMA 용액을 45°C에서 연속 교반하면서 동일한 부피로 혼합합니다. 100μm 공극 크기 필터를 사용하여 복합 바이오잉크를 필터링합니다.</li>
	<li>생물 안전 캐비닛에서 UV 조사를 통해 복합 GelMA/SFMA 바이오잉크를 12시간 동안 멸균합니다. 알림: 자체 조립을 통해 SFMA의 조기 겔화를 방지하기 위해 바이오잉크를 즉시 준비하고 사용하십시오.</li>
</ol>3. κ-carrageenan sub-microgel 현탁액 배스의 유변학적 특성 분석
<ol><li>유변학 관련 장비를 시작하고 준비합니다.<ol><li>공기 압축기를 30분 동안 켜고 압력이 30psi에 도달하는지 확인합니다. 베어링 cl 제거amp 드로우 로드를 시계 반대 방향으로 돌립니다. 아래의 검은색 커버를 고정하고 기기 상단의 손잡이 축을 시계 방향으로 돌립니다.</li>
		<li>레오미터의 전원을 켜고 초기화할 때까지 기다립니다. 순환수 스위치를 켜고 온도가 15°C에 도달하도록 합니다.</li>
		<li>레오미터 제어 소프트웨어를 열어 온라인 연결을 설정합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>레오미터를 보정하고 평행 플레이트 형상을 설치합니다.<ol><li>제어 소프트웨어에서 기기 교정을 수행하며, 주로 교정 기기 관성 경로 조정이 포함됩니다. 40mm 직경의 평행 플레이트 형상을 드로우 로드의 끝에 맞춥니다. Lock 버튼을 3초 동안 누르고 있으면 모터 샤프트를 홈 위치로 이동하여 일관된 형상 배치를 할 수 있습니다.</li>
		<li>제어 소프트웨어에서 Calibrate Manager를 선택한 다음 Inertia, Friction Calibration, Rotational Mapping을 클릭하여 평행 플레이트 형상을 캘리브레이션합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>정확한 측정을 보장하기 위해 표준 갭 제로화 절차를 수행하여 레오미터 갭 높이를 제로화합니다.</li>
	<li>0.01에서 1000 1/s 전단 속도 범위의 흐름 램프, 10 rad/s에서 0.1%에서 100% 변형률 범위의 진폭 스윕, 10rad/s에서 1%와 100%의 교대 변형률로 60초 동안 지속되는 다단계 진동 시간 스윕, 0.1 1/s 및 10 1/s의 교대 전단 속도로 120초 동안 지속되는 다단계 Peak Hold 스윕을 포함하여 실험 단계를 설정합니다.</li>
	<li>0.35% κ-카라기난 현탁액 2mL를 레오미터의 펠티에 플레이트에 떨어뜨립니다.</li>
	<li>형상 간격을 510μm로 배치하고 클램프 장치의 가장자리에서 과도한 오버플로를 제거합니다. 샘플 간격을 500μm로 설정하여 샘플이 클램프 가장자리를 약간 넘어 확장될 수 있도록 합니다.</li>
	<li>실험 설계 옵션에서 Flow Ramp 를 선택하여 흐름 실험을 수행합니다.<ol><li>실험 설계에서 Flow Ramp 테스트를 선택합니다. 25°C의 온도에서 전단 속도를 0.001에서 10 1/s로 설정합니다.</li>
		<li>추가된 샘플에 대해 3.5단계와 Flow Ramp 실험을 수행합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>재료의 회수 성능을 평가하기 위해 주기적 Peak Hold 테스트를 수행합니다.<ol><li>실험 설계에서 Peak Hold 스윕을 선택하고 25°C에서 120초의 시간으로 5개의 연속 실험을 설정합니다.</li>
		<li>첫 번째, 세 번째 및 다섯 번째 단계에 대해 전단 속도를 0.01 1/s로 설정하고 두 번째 및 네 번째 단계에 대해 10 1/s로 설정합니다.</li>
		<li>2mL의 새 검체를 추가합니다. 3.5단계와 순환 회복 테스트를 수행합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>점탄성 분석을 수행하여 κ-카라기난 현탁액 수조의 잠재적인 겔-졸 전이를 평가합니다.<ol><li>실험 설계에서 진폭 스윕 테스트를 선택합니다. 25°C의 온도에서 진동 변형률을 0.1%에서 100%로 설정합니다. Start(시작 )를 클릭하여 추가된 샘플에 대해 Amplitude Sweep 실험을 수행합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>대체 변형 해석을 수행하여 재료의 탄성 회복 성능을 평가합니다.<ol><li>실험 설계에서 Oscillation Time Sweep 을 선택하고 25°C에서 60초의 시간으로 5개의 연속 실험을 설정합니다.</li>
		<li>첫 번째, 세 번째, 다섯 번째 단계에서는 변형률을 1%로, 두 번째와 네 번째 단계에서는 100%로 설정합니다.</li>
		<li>2mL의 새 검체를 추가합니다. 3.5 단계 및 연속 순환 회복 테스트를 수행합니다. 참고: 각 실험 테스트 후 지오메트리 플레이트와 펠티에 플레이트를 청소하고 2mL의 새 샘플을 추가합니다.</li>
	</ol></li>
</ol>4. 맞춤형 마이크로 압출 바이오프린터를 사용하여 생체 모방 하이드로겔 지지체 인쇄
<ol><li>3D 그래픽 소프트웨어를 사용하여 STL 형식의 큐브를 설계하고 3D 데이터베이스에서 조직과 같은 모델을 다운로드합니다(www.thingiverse.com; https://3d. nih.gov/.).<ol><li>STL 형식 모델을 PANGO 소프트웨어로 가져오고 인쇄 매개변수를 입력합니다. 3D 공간에서 모델의 특정 X, Y 및 Z 좌표를 설정하고, 모델의 예상 배율 크기를 밀리미터(mm) 단위로 입력하고, X, Y 및 Z축에서 개체의 크기와 배율 비율을 조정하고, 필요에 따라 공간에서 모델의 회전 각도를 조정합니다.</li>
		<li>예상 필라멘트 직경(일반적으로 대부분의 바이오잉크의 경우 약 200-500μm)을 층 두께 필드에 입력하여 각 층의 Z축 두께를 결정합니다. 예상 선 두께(약 10-90mm/s)에 따라 인쇄 속도를 설정하고 채우기 농도를 30%-80%로 설정합니다.</li>
		<li>최종 매개 변수를 G 코드로 SD 카드에 내보냅니다.</li>
	</ol></li>
	<li>바이오프린터와 마이크로 압출 펌프를 가동합니다.<ol><li>미세 압출 펌프 컨트롤러를 켜고 해당 부피 주사기(5mL)를 선택한 다음 압출 속도를 0.08mL/분으로 설정하고 하이드로겔 부피를 압출 속도로 나누어 얻은 원하는 인쇄 시간에 따라 압출 시간을 조정합니다.</li>
		<li>내경이 210 μm인 바늘이 있는 주사기를 바이오프린터의 주사기 슬롯에 끼웁니다.</li>
		<li>주사기 컨트롤러를 조정하여 주사기의 플런저가 나사에 밀착되도록 합니다.</li>
		<li>3mL의 현탁액 항온조를 35mm 세포 배양 접시에 넣습니다. 코드 설정에 따라 접시를 플랫폼에 놓고 인쇄 헤드가 접시 바닥에서 1mm 위에 있는지 확인합니다. 알림: 인쇄하는 동안 인쇄 플랫폼에서 접시 위치의 정확성을 보장하기 위해 사전 테스트를 수행하십시오.</li>
		<li>코드가 포함된 SD 카드를 3D 바이오프린터에 삽입하고 코드 파일을 활성화한 다음 바이오프린터를 시작한 다음 컨트롤러의 시작 버튼을 클릭합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>구조체의 처리<ol><li>인쇄된 구조물을 405nm 청색광에 1분 동안 노출시켜 광가교를 시작합니다.</li>
		<li>1mL 피펫을 사용하여 κ-카라기난 겔을 제거한 다음 세척 및 후속 제거를 위해 3mL의 PBS(pH 7.4)를 추가합니다. 철저한 세탁을 위해 이 과정을 반복하십시오. 알림: 인쇄된 구조물이 손상되지 않도록 세척 과정을 부드럽게 수행하십시오.</li>
	</ol></li>
</ol>5. 식도 근육층 유사체의 임베디드 3D 바이오프린팅
<ol><li>토끼 식도 평활근 세포(eSMC) 배양.<ol><li>10% 소 태아 혈청 및 1% 페니실린/스트렙토마이신이 보충된 15mL의 DMEM 배지를 사용하여 2 x 106 세포로 T75 플라스크에서 배양을 시작합니다.</li>
		<li>eSMC는 37% 밀도에 도달할 때까지 5% CO2 및 95% 공기의 가습된 분위기에서 80°C로 유지합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>식도 근육층 바이오잉크의 제조<ol><li>밀도에 도달하면 배지를 흡인하고 5mL의 1x PBS로 eSMC를 세척합니다.</li>
		<li>플라스크에 0.2% 트립신-EDTA 2mL를 넣고 세포를 분해하기 위해 2분 동안 배양합니다. 플라스크를 눌러 벽에서 셀을 분리합니다.</li>
		<li>2mL의 DMEM을 추가하여 분해를 종료하고 세포 현탁액을 15mL 원심분리 튜브로 옮깁니다. 10 μL의 cell-suspension이 있는 cell counter를 사용하여 cell 밀도를 측정합니다.</li>
		<li>675 x g 에서 3분 동안 원심분리하고 상층액을 조심스럽게 흡입하고 세포 펠릿을 복합 GelMA/SFMA 바이오잉크에 재현탁시킵니다(2.1단계에서 준비). 바이오잉크에서 10 x 106 cells/mL의 밀도를 달성하도록 최종 세포 농도를 조정하여 후속 3D 바이오프린팅 응용 분야를 위한 조건을 최적화합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>3D 바이오프린터 및 관련 재료의 준비<ol><li>주사기 바늘, 집게, 자기 교반기 및 1000mL 규산염 유리병을 포함한 필수 인쇄 기기를 표준 멸균 조건(121°C에서 30분)에서 고압멸균하여 인쇄 공정을 위한 무균 환경을 보장합니다.</li>
		<li>바이오프린터를 생물 안전 캐비닛 내부에 넣고 멸균 상태를 유지하기 위해 30분 동안 자외선(UV)으로 멸균합니다.</li>
		<li>1단계 및 2단계에서 각각 설명한 대로 50mL의 멸균 κ-카라기난과 5mL의 멸균 GelMA/SFMA 복합 바이오잉크를 준비합니다.</li>
		<li>모델을 설계하고, 원하는 매개변수를 설정하고, 4.1단계에 설명된 대로 바이오프린터를 준비합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>바이오프린팅 공정의 시작<ol><li>4.2 및 4.3 단계에 설명 된 절차를 수행하여 3D 식도 근육 층을 바이오 프린팅 한 다음 PBS 세척 및 교체합니다.</li>
		<li>인쇄 공정 전반에 걸쳐 멸균 기술로 세포 인쇄를 수행하여 인쇄된 구조의 세포 오염 위험을 최소화합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>프린팅 후 세포 배양 배지 교체<ol><li>PBS를 조심스럽게 흡입하고 10% 소 태아 혈청과 1% 페니실린/스트렙토마이신이 보충된 DMEM 3mL로 교체합니다. 최적의 세포 성장 조건을 제공하기 위해 인쇄된 구조물이 완전히 물에 잠겼는지 확인하십시오.</li>
		<li>인쇄된 구조체를 포함하는 세포 배양 접시를 5%CO2로 37°C로 설정된 인큐베이터에서 배양합니다. 세포 배양 배지를 매번 3mL를 사용하여 매일 새로운 배지로 교체하고 광학 현미경을 사용하여 구조물 내 세포의 상태를 모니터링합니다.</li>
	</ol></li>
</ol>6. Live/Dead assay staining을 통한 인쇄된 구조물 내 eSMC의 생존력 평가
<ol><li>배양 5시간 후 세포 배양 배지를 제거하고 세포가 함유된 구조를 PBS로 세척합니다.</li>
	<li>표준 칼세인-AM/프로피듐 요오드화물 용액(1:1000) 2mL를 인쇄된 세포 래든 구조체에 추가하고 배양합니다.</li>
	<li>45분 배양 후 PBS로 작물을 3번 세척한 다음 새 세포 배양 배지를 추가합니다.</li>
	<li>살아있는 세포와 죽은 세포를 관찰하고 컨포칼 레이저 스캐닝 현미경(CLSM)을 사용하여 형광 이미지를 캡처합니다.</li>
</ol>7. FITC-Phalloidin/DAPI 염색을 통한 인쇄된 구조물 내 eSMC 관찰
<ol><li>F-actin에 대해 phalloidin(녹색)으로 표시된 플루오레세인 이소티오시아네이트(FITC)를 사용하고 핵 배양 후 5일 후에 4',6-Diamidino-2-Phenylindole(DAPI, 파란색)을 사용하여 인쇄된 구조물을 염색합니다.</li>
	<li>정착 용액 준비<ol><li>5mL 폴리에틸렌(PE) 튜브에 4mL의 1x PBS와 0.16mL의 파라포름알데히드(PFA)를 결합하여 최종 농도 4%를 달성합니다.</li>
		<li>바이오프린팅된 구조체가 들어있는 배양 접시를 깨끗한 표면에 놓습니다. 매체를 제거하고 PFA 용액으로 구조물을 부드럽게 덮어 완전히 침수되도록 합니다. 용액을 버리기 전에 실온에서 20분 동안 고정을 진행하십시오. 참고: 바이오프린팅된 구조물의 구조적 무결성을 보존하기 위해 추가 및 제거 과정에서 액체를 조심스럽게 다루십시오.</li>
		<li>배양 접시에 2.5mL의 1x PBS를 주입하고 조성물을 완전히 담가 잔류 염색 시약을 제거합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>세포막 투과화<ol><li>5mL PE 튜브에 20μL의 Triton X-100을 4mL의 1x PBS에 첨가하여 0.5% Triton X-100 용액을 제조합니다.</li>
		<li>Triton X-100 용액을 실온에서 30분 동안 구조물에 투여하여 세포막에 침투시킨 다음 용액을 제거합니다.</li>
		<li>배양 접시에 2.5mL의 1x PBS를 주입하고 조성물을 완전히 담가 잔류 염색 시약을 제거합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>비특정 바인딩 차단<ol><li>3x PBS 4mL에 BSA 0.12mL를 추가하여 5mL PE 튜브에 4% 소 혈청 알부민(BSA) 차단 용액을 만듭니다.</li>
		<li>BSA 용액을 실온에서 30분 동안 구조물에 주입하여 비특이적 부위를 차단한 다음 용액을 폐기합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>FITC-Phalloidin을 사용한 액틴 염색<ol><li>5mL PE 튜브에 4mL의 1x PBS 및 8μL의 염색 시약을 사용하여 0.2% FITC-phalloidin 용액을 준비합니다.</li>
		<li>이 용액에 구조물을 어두운 곳에서 실온에서 60분 동안 담근 다음 용액을 폐기합니다.</li>
		<li>배양 접시에 2.5mL의 1x PBS를 추가하고 조성물을 완전히 담가 잔류 염색 시약을 제거합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>DAPI를 사용한 핵 염색<ol><li>4mL의 DAPI 염색 용액을 구조물에 도포하여 완전한 커버리지를 보장합니다.</li>
		<li>DAPI 용액을 제거하기 전에 어두운 곳에서 실온에서 20분 동안 배양합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>최종 세척 및 PBS 침수: 배양 접시에 2.5mL의 1x PBS를 추가하고 구조물을 완전히 담가 잔류 염색 시약을 제거합니다. 알림: 염색 용액을 미리 준비하고 부드럽게 다루십시오. 어떤 경우에도 세포는 배양 용기 내에서 건조되어서는 안 됩니다.</li>
	<li>컨포칼 현미경을 사용하여 관찰: 컨포칼 현미경을 사용하여 염색된 구조를 검사하고 이미지화하여 세포 성장을 평가하고 결과를 포괄적으로 문서화합니다.</li>
</ol>8. CCK-8 assay를 사용한 인쇄된 구조물 내 eSMC 증식 평가
<ol><li>7일과 14일에 구조물에서 배양 배지를 제거합니다. PBS로 구조물을 세척하여 잔류 배지 및 분리된 세포를 제거합니다.</li>
	<li>제조업체의 지침에 따라 각 구조물에 CCK-8 용액을 추가합니다. CCK-8 용액의 부피가 각 구조물을 완전히 덮을 수 있도록 충분한지 확인하십시오.</li>
	<li>37°C에서 2시간 동안 CCK-8 용액으로 조성물을 배양합니다. 배양 후 상층액을 새로운 96웰 플레이트로 조심스럽게 옮깁니다.</li>
	<li>마이크로플레이트 리더를 사용하여 450nm에서 흡광도를 측정합니다.</li>
</ol>

κ-Carrageenan Sub-Microgel Medium을 사용한 3D 바이오프린팅의 발전

<ol><li>Xu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biodegradable+engineered+fiber+scaffolds+fabricated+by+electrospinning+for+periodontal+tissue+regeneration%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomater+Appl%22%5BJournal%5D)">Biodegradable engineered fiber scaffolds fabricated by electrospinning for periodontal tissue regeneration.</a> J Biomater Appl. 36 (1), 55-75 (2021).</li>
<li>Amann, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+graded%2C+porous+composite+of+natural+biopolymers+and+octacalcium+phosphate+guides+osteochondral+differentiation+of+stem+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Healthcare+Mater%22%5BJournal%5D)">A graded, porous composite of natural biopolymers and octacalcium phosphate guides osteochondral differentiation of stem cells.</a> Adv Healthcare Mater. 10 (6), e2001692(2021).</li>
<li>Afjoul, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Freeze-gelled+alginate%2Fgelatin+scaffolds+for+wound+healing+applications%3A+An+in+vitro%2C+in+vivo+study%5BTitle%5D)+AND+%22Mater+Sci+Eng+C%22%5BJournal%5D)">Freeze-gelled alginate/gelatin scaffolds for wound healing applications: An in vitro, in vivo study.</a> Mater Sci Eng C. 113, 110957(2020).</li>
<li>Hasanzadeh, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biocompatible+tissue-engineered+scaffold+polymers+for+3D+printing+and+its+application+for+4D+printing%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Eng+J%22%5BJournal%5D)">Biocompatible tissue-engineered scaffold polymers for 3D printing and its application for 4D printing.</a> Chem Eng J. 476, 146616(2023).</li>
<li>Fu, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cartilage-like+protein+hydrogels+engineered+via+entanglement%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Cartilage-like protein hydrogels engineered via entanglement.</a> Nature. 618 (7966), 740-747 (2023).</li>
<li>Bertsch, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-healing+injectable+hydrogels+for+tissue+regeneration%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Rev%22%5BJournal%5D)">Self-healing injectable hydrogels for tissue regeneration.</a> Chem Rev. 123 (2), 834-873 (2023).</li>
<li>Hinton, T. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+printing+of+complex+biological+structures+by+freeform+reversible+embedding+of+suspended+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Adv%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional printing of complex biological structures by freeform reversible embedding of suspended hydrogels.</a> Sci Adv. 1 (9), e1500758(2015).</li>
<li>Wang, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3d+bioprinting+of+neurovascular+tissue+modeling+with+collagen-based+low-viscosity+composites%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Healthcare+Mater%22%5BJournal%5D)">3d bioprinting of neurovascular tissue modeling with collagen-based low-viscosity composites.</a> Adv Healthcare Mater. 12 (25), e2300004(2023).</li>
<li>Sreepadmanabh, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Jammed+microgel+growth+medium+prepared+by+flash-solidification+of+agarose+for+3d+cell+culture+and+3d+bioprinting%5BTitle%5D)+AND+%22Biomed+Mater%22%5BJournal%5D)">Jammed microgel growth medium prepared by flash-solidification of agarose for 3d cell culture and 3d bioprinting.</a> Biomed Mater. 18 (4), 045011(2023).</li>
<li>Zeng, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparative+analysis+of+the+residues+of+granular+support+bath+materials+on+printed+structures+in+embedded+extrusion+printing%5BTitle%5D)+AND+%22Biofabrication%22%5BJournal%5D)">Comparative analysis of the residues of granular support bath materials on printed structures in embedded extrusion printing.</a> Biofabrication. 15 (3), 035013(2023).</li>
<li>Terpstra, M. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bioink+with+cartilage-derived+extracellular+matrix+microfibers+enables+spatial+control+of+vascular+capillary+formation+in+bioprinted+constructs%5BTitle%5D)+AND+%22Biofabrication%22%5BJournal%5D)">Bioink with cartilage-derived extracellular matrix microfibers enables spatial control of vascular capillary formation in bioprinted constructs.</a> Biofabrication. 14 (3), 034104(2022).</li>
<li>Compaan, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gellan+fluid+gel+as+a+versatile+support+bath+material+for+fluid+extrusion+bioprinting%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Appl+Mater+Inter%22%5BJournal%5D)">Gellan fluid gel as a versatile support bath material for fluid extrusion bioprinting.</a> ACS Appl Mater Inter. 11 (6), 5714-5726 (2019).</li>
<li>Compaan, A. M., Song, K., Chai, W., Huang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cross-linkable+microgel+composite+matrix+bath+for+embedded+bioprinting+of+perfusable+tissue+constructs+and+sculpting+of+solid+objects%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Appl+Mater+Inter%22%5BJournal%5D)">Cross-linkable microgel composite matrix bath for embedded bioprinting of perfusable tissue constructs and sculpting of solid objects.</a> ACS Appl Mater Inter. 12 (7), 7855-7868 (2020).</li>
<li>Zhang, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+3D+printed+biomimetic+scaffolds+based+on+hydrogel+microparticles+for+cell+spheroid+growth%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Funct+Mater%22%5BJournal%5D)">Direct 3D printed biomimetic scaffolds based on hydrogel microparticles for cell spheroid growth.</a> Adv Funct Mater. 30 (13), 1910573(2020).</li>
<li>Zhang, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cation-crosslinked+%CE%BA-carrageenan+sub-microgel+medium+for+high-quality+embedded+bioprinting%5BTitle%5D)+AND+%22Biofabrication%22%5BJournal%5D)">Cation-crosslinked κ-carrageenan sub-microgel medium for high-quality embedded bioprinting.</a> Biofabrication. 16, 025009(2024).</li>
<li>Lee, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3d+bioprinting+of+collagen+to+rebuild+components+of+the+human+heart%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">3d bioprinting of collagen to rebuild components of the human heart.</a> Science. 365 (6452), 482-487 (2019).</li>
<li>Yao, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Slightly+photo-crosslinked+chitosan%2Fsilk+fibroin+hydrogel+adhesives+with+hemostasis+and+anti-inflammation+for+pro-healing+cyclophosphamide-induced+hemorrhagic+cystitis%5BTitle%5D)+AND+%22Mater+Today+Bio%22%5BJournal%5D)">Slightly photo-crosslinked chitosan/silk fibroin hydrogel adhesives with hemostasis and anti-inflammation for pro-healing cyclophosphamide-induced hemorrhagic cystitis.</a> Mater Today Bio. 25, 100947(2024).</li>
<li>Senior, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Agarose+fluid+gels+formed+by+shear+processing+during+gelation+for+suspended+3d+bioprinting%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Agarose fluid gels formed by shear processing during gelation for suspended 3d bioprinting.</a> J Vis Exp. (195), e64458(2023).</li>
<li>Roche, C. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((durability%2C+contractility+and+vascular+network+formation+in+3d+bioprinted+cardiac+endothelial+cells+using+alginate-gelatin+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Bioeng+Biotech%22%5BJournal%5D)">durability, contractility and vascular network formation in 3d bioprinted cardiac endothelial cells using alginate-gelatin hydrogels.</a> Front Bioeng Biotech. 9, 63657(2021).</li>
<li>Wang, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+bioprinting+of+tough+hydrogel-based+vascular+conduits+for+functional+blood+vessels%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Adv%22%5BJournal%5D)">Microfluidic bioprinting of tough hydrogel-based vascular conduits for functional blood vessels.</a> Sci Adv. 8 (43), eabq6900 (2022).</li>
<li>Shao, L., Hou, R. X., Zhu, Y. B., Yao, Y. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pre-shear+bioprinting+of+highly+oriented+porous+hydrogel+microfibers+to+construct+anisotropic+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Biomater+Sci%22%5BJournal%5D)">Pre-shear bioprinting of highly oriented porous hydrogel microfibers to construct anisotropic tissues.</a> Biomater Sci. 9 (20), 6763-6771 (2021).</li>
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저자는 이 원고에 설명된 제품에 대한 재정적 이해관계가 없습니다.

바이오프린팅에 사용하기 위한 κ-카라기난 서브 마이크로겔 현탁액 배스의 준비는 생성된 배지가 바이오잉크를 지지하는 데 필요한 특성을 나타내도록 하기 위한 몇 가지 중요한 단계를 포함하는 신중하게 조정된 프로세스입니다. 처음에, κ-카라기난 용액은 κ-카라기난 분말을 고온에서 탈이온수에 용해시켜 균질한 혼합물을 생성함으로써 제조됩니다. 용액의 농도가 핵심이며 후속 겔화를 위해 최적화해야 합니다. 0.3-0.6%(wt/vol) κ-카라기난은 임베디드 3D 바이오프린팅에서 우수한 성능을 입증했습니다15. 냉각 시 이 용액은 벌크 겔로 전환됩니다.
그런 다음 벌크 겔은 기계적 분쇄 전략을 거쳐 서브 마이크로겔 입자를 생성합니다. 여기에는 겔을 균일한 크기의 입자...

전기방사 섬유, 다공성 스폰지 및 폴리머 하이드로겔을 포함한 조직 공학 지지체는 세포 성장, 조직 재생 및 장기 기능 복원을 지원하는 구조적 프레임워크를 제공하여 손상된 조직 및 장기의 복구 및 재건에 중추적인 역할을 합니다 1,2,3. 그러나 전통적인 골격은 기본 조직 구조를 정확하게 복제하는 데 어려움을 겪어 공학적 조직과 자연 조직 간의 불일치로 이어집니다. 이러한 한계는 결함이 있는 조직의 효율적인 치유를 방해하며, 보다 정확한 생체 모방을 달성하기 위해 골격 설계의 발전이 시급히 필요하다는 점을 강조합니다. 3차원(3D) 바이오프린팅은 생체 재료 잉크와 세포를 사용하여 복잡한 생체 조직 구조를 층별로 정밀하게 구성하는 혁신적인 제조 기술입니다4. 다양한 생체 재료 중에서 고분자 하이드로겔은 세포의 현장 캡슐화를 촉진하고 결정적으로 세포의 성장을 지원하는 독특한 네트워크를 갖춘 이상적인 바이오잉크로 부상하고 있습니다 5,6. 그럼에도 불구하고, 많은 부드럽고 수분이 풍부한 하이드로겔은 바이오잉크로 사용될 때 프린팅 과정에서 인쇄된 스캐폴드 구조의 흐릿함 또는 급격한 붕괴를 유발하는 경향이 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 임베디드 3D 바이오프린팅 기술은 마이크로겔 배스를 지지 재료로 사용하여 정밀하고 부드러운 바이오잉크 증착을 가능하게 합니다. 하이드로겔 바이오잉크의 겔화 후, 마이크로겔 배스를 제거하여 복잡한 구조를 가진 정제된 바이오닉 스캐폴드를 얻습니다. 젤라틴 7,8, 아가로스9 및 젤란 검10,11과 같은 재료는 임베디드 3D 바이오프린팅을 위한 마이크로겔 배스를 만드는 데 사용되어 조직 공학에서 소프트 하이드로겔의 적용을 크게 발전시켰습니다. 그러나 이러한 미립자 겔의 미크론 수준 및 불균일한 입자 크기는 3D 프린팅의 해상도와 충실도에 해로운 영향을 미칩니다 12,13,14. 작고 균일하게 분산된 입자로 젤 같은 현탁액 플로트를 제작해야 하는 시급한 필요성이 있으며, 이는 충실도가 높은 바이오프린팅을 달성하는 데 이점을 제공합니다.
이 프로토콜에서는 임베디드 3D 프린팅을 위해 균일한 서브미크론 수준의 새로운 희생 과립 κ-카라기난 현탁액 수조가 제공됩니다. 빠른 재밍-언재밍 전이의 이 혁신적인 서브 마이크로겔 수조 거동은 높은 구조적 충실도를 가진 생체 모방 하이드로겔 지지체의 정밀한 제작을 용이하게 합니다15. 이 새로운 현탁 매체를 활용하여 다층 조직 구조를 특징으로 하는 일련의 생체 모방 조직 및 장기 구조가 성공적으로 인쇄되었으며, 젤라틴 메타크릴레이트와 실크 섬유 메타크릴레이트로 구성된 복합 바이오잉크를 사용합니다. 이 연구에서 우리는 식도를 3D 바이오프린팅 생체모방 대상으로 선택한 주된 이유는 식도가 다층 조직 구조를 가지고 있을 뿐만 아니라 근육층이 내부 원형 및 외부 종방향 복합 층 구조를 나타내기 때문입니다. 이러한 층의 적절한 정렬과 구성을 보장하는 것은 기능적 조직 재생에 필수적입니다. 따라서 우리는 식도의 다층 구조를 복제하기를 매우 원합니다. 더 중요한 것은 κ-carrageenan 서브 마이크로겔을 현탁액 수조로, GelMA/SFMA를 바이오잉크로 사용하여 조직 공학을 위한 생체 모방 스캐폴드를 설계하고 구성했다는 것입니다. 인쇄된 식도는 반복적인 인산염 완충 식염수 세척으로 쉽게 방출될 수 있습니다. 또한, κ-카라기난 서브 마이크로겔 수조는 세포독성 물질이 없어 높은 세포적합성을 보장합니다15. 이방성 지지체 내에 로드된 평활근 세포는 주목할 만한 확산 활동을 나타냅니다. 이 균일한 서브 마이크로겔 현탁 매체는 임베디드 3D 바이오프린팅을 통해 복잡한 조직과 장기를 제작할 수 있는 새로운 방법을 제공합니다.

<table><tbody><tr><td>3D 바이오 프린터</td><td>맞춤형 설계</td><td></td><td></td></tr><tr><td>4',6-Diamidino-2-Phenylindole</td><td>Solarbio Life Science</td><td>C0065</td><td>즉시 사용 가능한</td></tr><tr><td>405nm 자외선</td><td>EFL</td><td>XY-WJ01</td><td></td></tr><tr><td>세포 계수기</td><td>Corning</td><td>Cyto smart 6749</td><td></td></tr><tr><td>컨포칼 레이저 스캐닝 현미경</td><td>Leica</td><td>STELLARIS 5</td><td></td></tr><tr><td>DMEM 고포도</td>당 <td>VivaCell</td><td>C3113-0500</td><td>고포도당, 피루브산 나트륨 및 L-글루타민</td></tr><tr><td>동적 회전 유변계</td><td>TA Instrument</td><td>Discovery HR-20</td><td></td></tr><tr><td>식도 평활근 세포</td> 닝<td>보 대학교 건강 과학 센터 세포 생물학 및 재생 의학과에서 공급</td> 토끼 <td>식도</td>태아 소 혈청의 일차 세포 UE <td></td></tr><tr><td></td><td></td><td>F9070L</td><td></td></tr><tr><td>플루오레세인 이소티오시아네이트 표지 팔로이딘</td><td>Solarbio Life Science</td><td>CA1610</td><td>300T</td></tr><tr><td>젤라틴 메타크릴레이트</td><td>EFL</td><td>EFL-GM-60</td><td>60% 치환</td></tr><tr><td>k-카라기난</td><td>알라딘</td><td>C121013-100g</td><td>시약 등급</td></tr><tr><td>리튬 페닐(2,4,6-트리메틸벤조일) 포스피네이트</td><td>알라딘</td><td>L157759-1g</td><td>365~405nm</td></tr><tr><td>Live-Dead 키트</td><td>beyotime</td><td>C2015M</td><td></td></tr><tr><td>마이크로플레이트 리더</td><td>Potenov</td><td>PT-3502B</td><td></td></tr><tr><td>파라포름알데히드</td><td>Solarbio 생명 과학</td><td>P1110&nbsp;</td><td>4%</td></tr><tr><td>페니실린/스트렙토마이신</td><td>Solarbio 생명 과학</td><td>MA0110</td><td>100 &급성;</td></tr><tr><td>인산염 완충 식염</td>수 <td>VivaCell</td><td>C3580-0500</td><td>pH 7.2-7.4</td></tr><tr><td>실크 피브로인 메타크릴레이트</td><td>EFL</td><td>EFL-SilMA-001</td><td>39% 치환</td></tr><tr><td>Triton X-100</td><td>Solarbio Life Science</td><td>T8200</td><td></td></tr><tr><td>Trypsin-EDTA</td><td>VivaCell</td><td>C100C1</td><td>0.25%, 페놀 레드 없음</td></tr></tbody></table>

κ-carrageenan sub-microgel medium을 사용한 조직 유사 구조의 임베디드 바이오프린팅

Embedded Bioprinting of Tissue-like Structures Using &#954;-Carrageenan Sub-Microgel Medium

입상 하이드로겔 지지 수조를 사용하는 임베디드 3차원(3D) 바이오프린팅은 생체 모방 스캐폴드를 만들기 위한 중요한 기술로 부상했습니다. 그러나 정밀한 바이오잉크 증착과 세포 생존력 및 기능의 균형을 맞추는 적절한 겔 현탁액을 엔지니어링하는 것은 특히 원하는 점탄성 특성을 달성하는 데 있어 여러 가지 과제를 제시합니다. 여기에서 새로운 κ-카라기난 겔 지지 수조는 작동하기 쉬운 기계적 분쇄 공정을 통해 제작되어 균일한 서브 마이크로 스케일 입자를 생성합니다. 이 서브 마이크로겔은 항복 응력이 작고 빠른 전단 희석 특성을 가진 전형적인 Bingham 유동 거동을 나타내어 바이오잉크의 원활한 증착을 용이하게 합니다. 또한, κ-카라기난 마이크로겔 네트워크의 가역적 겔-졸 전이 및 자가 치유 기능은 인쇄된 구조물의 구조적 무결성을 보장하여 정의된 구조적 특징을 가진 복잡한 다층 조직 구조를 생성할 수 있습니다. 인쇄 후, κ-carrageenan 서브 마이크로겔은 간단한 인산염 완충 식염수 세척으로 쉽게 제거할 수 있습니다. 세포가 함유된 바이오잉크를 사용한 추가 바이오프린팅은 생체모방 구조 내의 세포가 92%의 높은 생존율을 가지며 가성발구를 빠르게 확장하며 강력한 증식을 유지한다는 것을 보여주며, 이는 조직 및 장기 제조를 위한 이 바이오프린팅 전략의 잠재력을 나타냅니다. 요약하면, 이 새로운 κ-카라기난 서브 마이크로겔 배지는 엔지니어링 조직 및 장기의 체외 개발에 중대한 영향을 미치는 탁월한 품질의 임베디드 바이오프린팅을 위한 유망한 방법으로 부상하고 있습니다.

입상 κ-카라기난 겔 배스는 벌크 하이드로겔을 미립자 겔 슬러리로 기계적으로 분해하여 생성되었습니다. 가장 최근의 연구는 κ-카라기난 입자가 1000rpm의 기계적 혼합(15)에서 균일한 형태로 약 642 ± 65nm의 평균 직경을 나타냈음을 보여주었으며, 이는 이전에 문헌 16,17,18에 보고된 마이크로겔의 치수보다 훨씬 작습니다. 이 연구에서 1200rpm에서 60분의 혼합 시간으로 더 긴 파괴 시간과 더 큰 속도는 더 작은 미립자 크기를 생성하며, 평균 직경이 565 ± 86nm인 하위 미립자를 생성합니다(보충 그림 1). 이러한 작은 입자 크기는 인쇄 공정의 해상도를 향상시킬 것으로 예상됩니다. 이러한 입자는 수소 결합 및 양이온 상호 작용의 형성을 ...

이 연구는 새로운 κ-carrageenan 서브 마이크로겔 현탁액 수조를 소개하여 놀라운 가역적 재밍-언재밍 전이 특성을 보여줍니다. 이러한 특성은 임베디드 3D 바이오프린팅에서 생체 모방 조직 및 장기를 구성하는 데 기여합니다. 고해상도와 세포 성장으로 심장/식도 유사 조직의 성공적인 프린팅은 고품질 바이오프린팅 및 조직 공학 응용 분야를 보여줍니다.

κ-Carrageenan Sub-Microgel Medium을 사용한 조직 유사 구조의 임베디드 바이오프린팅

Embedded three-dimensional (3D) bioprinting utilizing a granular hydrogel supporting bath has emerged as a critical technique for creating biomimetic ...

embedded-bioprinting-tissue-like-structures-using-carrageenan-sub

Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

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.

세 디스펜서 데카르트 프린터 사용 Bioprinted 세포를 구축의 생존

우리는 함께 기능적 가능한 3 차원 조직의 구조체는 시험 관내 스크리닝의 용도 bioprinted 될 수있는 조직 흉내 낸 bioink 하이드로 겔을 제공하는 일련의 프로토콜을 설명한다.

Bioprinting Cellularized는 조직 고유의 하이드로 겔 Bioink를 사용하여 구축

우리 어디 보조 세포 유형 수 더 시드할 수이 microfibrous 구조 vascularized 조직 및 organoids를 생성 하는 틈새 공간으로 microfibrous 혈관 침대 엔지니어링에 대 한 미세 bioprinting 전략에 따라 일반화 된 프로토콜을 제공 합니다.

공학에 대 한 미세 Bioprinting 나가도록 조직 및 Organoids

우리 불멸 하 게 종양 및 섬유 세포 bioprintable alginate/젤라틴 bioink에 포함 된 구성 된 이기종 유 방 암 모델 개발. 모델이 비보에 종양 microenvironment tumorigenesis 운전 메커니즘에 대 한 통찰력을 양보 하는 다세포 종양 spheroids의 형성을 촉진 한다.

셀 회전 타원 체 형성을 유발 하는 모델 시스템에 3D 생체 외에서 Bioprintable Alginate/젤라틴 하이드로 겔

여기에 제시된 젤라틴 메타크릴로일의 3D 바이오프린팅을 위한 방법이다.

젤라틴 메타크릴 하이드로겔 기반 바이오잉크의 3D 바이오프린팅 프로토콜

하이드로겔 마이크로캐리어의 시공을 가능하게 하는 점성 관성력을 번갈아 가며 구동되는 온화한 3D 프린팅 기술이 여기에 제시되어 있다. 수제 노즐은 유연성을 제공하므로 다양한 재료와 직경을 쉽게 대체할 수 있습니다. 직경 50-500 μm의 세포 결합 마이크로 캐리어는 추가 배양을 위해 얻어서 수집할 수 있습니다.

점성-관성 포스 제팅을 번갈아 가며 생체외 하이드로겔 마이크로캐리어의 3D 프린팅

여기서 우리는 중추 신경계에 있는 성상세포의 기능 및 신경질 세포와 관련시키는 기계장치를 연구하기 위하여 신경같이 조직을 biofabricating을 위한 3D 생물 인쇄 murine 피질 성상 세포의 방법을 보고합니다.

신경과 같은 조직을 위한 Murine 피질 성상 세포의 3D 생물 인쇄

하이드로겔 형성 중 전단 처리는 전단력이 제거된 후 전단이 얇지만 빠르게 재구성되는 마이크로겔 현탁액의 생성을 초래합니다. 이러한 물질은 바이오프린팅 복합체, 세포 함유 구조의 지지 매트릭스로 사용되었습니다. 여기서는지지 베드 및 호환 가능한 바이오 잉크를 제조하는 데 사용되는 방법을 설명합니다.

부유 된 3D 바이오 프린팅을위한 겔화 동안 전단 처리에 의해 형성된 Agarose 유체 겔

이 연구는 자가 치유 어닐링 가능한 입자-세포외 기질 복합체 내부의 신경 줄기 세포의 자유형 임베디드 3D 프린팅을 위한 프로토콜을 설명합니다. 이 프로토콜은 높은 충실도로 상호 연결된 인간 신경 조직 구조의 프로그래밍 가능한 패터닝을 가능하게 합니다.

인간 신경 구조물의 임베디드 3D 프린팅을 위한 마이크로겔-세포외 기질 복합체 지원

당사는 VOP(vessels-on-a-plate)라고 하는 3D 바이오프린팅 기술을 사용하여 표준 6웰 플레이트에서 유연한 크기와 원하는 패턴을 가진 혈관 채널의 고처리량 생산을 위한 프로토콜을 제시합니다. 이 플랫폼은 손상된 내피와 관련된 질환에 대한 치료법 개발을 발전시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

크기 및 패턴 유연성을 갖춘 표준 six-well plates의 혈관 투과성을 모델링하기 위한 High-throughput Bioprinting 방법

배우세요 κ-carrageenan 서브-마이크로겔 서스펜션 배스를 사용한 고해상도 3D 바이오프린팅 방법을. 565나노미터 균일 입자 크기로 심장 및 식도 유사 조직을 정밀하게 제작하여 조직 공학 연구에 활용할 수 있습니다.

κ-Carrageenan Sub-Microgel Medium을 사용한 조직 유사 구조의 임베디드 바이오프린팅

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