Driedimensionale patroon van gemanipuleerde biofilmen met een doe-het-zelf bioprinter

Summary

Dit artikel beschrijft een methode voor het transformeren van een goedkope commerciële 3D-printer in een bacteriële 3D-printer die het afdrukken van gedessineerde biofilmen kan vergemakkelijken. Alle noodzakelijke aspecten van de voorbereiding van de bioprinter en bio-Ink worden beschreven, evenals verificatiemethoden om de vorming van biofilmen te beoordelen.

Abstract

Biofilms zijn aggregaten van bacteriën ingebed in een zelf geproduceerde ruimtelijk-patroon extracellulaire matrix. Bacteriën in een biofilm te ontwikkelen verbeterde antibioticaresistentie, die potentiële gevaren voor de gezondheid vormt, maar kan ook gunstig zijn voor milieu-toepassingen, zoals zuivering van drinkwater. De verdere ontwikkeling van anti-bacteriële therapeutische en biofilm-geïnspireerde toepassingen zal de ontwikkeling van reproduceerbare, ingenieurable methodes voor biofilm verwezenlijking vereisen. Onlangs is een nieuwe methode van biofilm voorbereiding met behulp van een aangepaste driedimensionale (3D) printer met een bacteriële inkt is ontwikkeld. Dit artikel beschrijft de stappen die nodig zijn om deze efficiënte, goedkope 3D bioprinter die meerdere toepassingen in bacteriële-geïnduceerde materiaal verwerking biedt te bouwen. Het protocol begint met een aangepaste commerciële 3D-printer waarin de extruder is vervangen door een bio-inkt dispenser aangesloten op een spuitpomp systeem waardoor een controleerbare, continue stroom van bio-inkt. Om een bio-inkt te ontwikkelen die geschikt is voor het drukken van biofilm, werden de gemanipuleerde bacteriën van Escherichia coli opgeschort in een oplossing van alginaat, zodat zij in contact met een oppervlakte stollen die calcium bevat. De opneming van een inductor chemisch product binnen het druk substraat drijft uitdrukking van biofilm proteïnen binnen de gedrukte bio-inkt. Deze methode maakt het mogelijk 3D-afdrukken van verschillende ruimtelijke patronen, bestaande uit discrete lagen van gedrukte biofilmen. Dergelijke ruimtelijk gecontroleerde biofilmen kunnen als modelsystemen dienen en kunnen toepassingen in veelvoudige gebieden vinden die een brede invloed op de maatschappij, met inbegrip van antibiotische weerstands preventie of drinkwaterreiniging, onder anderen hebben.

Introduction

Er is momenteel een toenemende behoefte aan milieuvriendelijke, duurzame oplossingen te ontwikkelen voor de productie van ruimtelijk gedessineerde materialen, als gevolg van het groeiende aantal markten voor dergelijke materialen¹. Dit artikel stelt een eenvoudige, economische methode voor de productie van dergelijke materialen voor en biedt daarom een groot spectrum van toekomstige toepassingen aan. De hier gepresenteerde methode maakt het mogelijk driedimensionale (3D) afdrukken van ruimtelijke structuren met behulp van een bio-inkt met levende bacteriën. Bacteriën blijven levensvatbaar binnen de gedrukte structuren voor meer dan een week, wa....

Protocol

1. conversie van een commerciële 3D-printer in een 3D-bioprinter

1. Verwijder de extruder en de kachel van een commerciële 3D-printer (delijst van materialen) van de printer frame, en haal de bedrading regelen van deze elementen van de belangrijkste printplaat (Figuur 1a). Aangezien de sensor die de operationele temperatuur van de printer controleert moet functioneel zijn om met de printersoftware te communiceren, uit de druk software het algoritme verwijderen dat vertragingen druk tot de operationele temperatuur wordt bereikt.
2. Verbind een pipet uiteinde (200 µ L tip) via siliconen buizen (binnendiameter ....

Results

De eerste stap voor een succesvolle 3D-druk van biofilmen is het omzetten van een commerciële 3D-printer in een bioprinter. Deze conversie wordt bereikt door het verwijderen van de extruder en de kachel van de printer, ontworpen voor het afdrukken met een polymere inkt, en het vervangen van deze met componenten die geschikt zijn voor het afdrukken van bio-inkt met levende bacteriën (Figuur 1a). De extruder wordt vervangen door een pipet tip (of tips, als meer.......

Discussion

Het protocol hier gepresenteerd voor 3D-afdrukken van gemanipuleerde biofilms heeft twee kritieke stappen. Eerst is de voorbereiding van de agar drukoppervlakte, die de meest kritieke factor aan het produceren van een specifieke druk resolutie is. Het is belangrijk om ervoor te zorgen dat het drukoppervlak plat is en dat het pipet uiteinde op de printkop op de juiste hoogte van het oppervlak is geplaatst. Als de oppervlakte niet vlak is, zal de het werkafstand tijdens het drukproces veranderen. Als de werkafstand kleiner.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
3D printer	CoLiDo	3D-P Kit
3D printing software	CoLiDo	Print-Rite ColiDo Repetier-Host v2.0.1
Agar	Sigma-Aldrich	05040
CaCl2 dihydrate	Sigma-Aldrich	C7902
Centrifuge	Eppendorf	5810 R
Chloramphenicol	Sigma-Aldrich	3886.1
LB broth powder	Sigma-Aldrich	L3022
Orbital shaker	VWR	89032-092	Model 3500
Petri dish	VWR	25384-326	150 x 15 mm
Rhamnose	Sigma-Aldrich	83650
Silicon tubing	VWR	DENE 3100103/25
Syringe pump	ProSense B.V.	NE-300
Sodium alginate	Sigma-Aldrich	W201502
Sodium citrate monobasic	Sigma-Aldrich	71498
Sodium hydrooxide	VWR	28244.295