Dit werk beschrijft eenvoudige, aanpasbare en goedkope methoden om microgels met extrusiefragmentatie te fabriceren, de microgels te verwerken tot injecteerbare granulaire hydrogels en de granulaire hydrogels toe te passen als extrusiedrukinkten voor biomedische toepassingen.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Fragmenteren van bulkhydrogels en verwerking tot granulaire hydrogels voor biomedische toepassingen
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Granulaire hydrogels zijn vastgelopen samenstellingen van hydrogelmicrodeeltjes (d.w.z. "microgels"). Op het gebied van biomaterialen hebben granulaire hydrogels veel voordelige eigenschappen, waaronder injecteerbaarheid, porositeit op microschaal en tonijnbaarheid door meerdere microgelpopulaties te mengen. Methoden om microgels te fabriceren zijn vaak afhankelijk van water-in-olie-emulsies (bijv. Microfluïdica, batch-emulsies, elektrospraying) of fotolithografie, die hoge eisen kunnen stellen aan middelen en kosten, en mogelijk niet compatibel zijn met veel hydrogels. Dit werk beschrijft eenvoudige maar zeer effectieve methoden om microgels te fabriceren met behulp van extrusiefragmentatie en om ze te verwerken tot granulaire hydrogels die nuttig zijn voor biomedische toepassingen (bijv. 3D-printinkten). Ten eerste worden bulkhydrogels (met fotocrosslinkbaar hyaluronzuur (HA) als voorbeeld) geëxtrudeerd door een reeks naalden met sequentieel kleinere diameters om gefragmenteerde microgels te vormen. Deze microgelfabricagetechniek is snel, goedkoop en zeer schaalbaar. Methoden om microgels in granulaire hydrogels te jammen door centrifugatie en vacuümgestuurde filtratie worden beschreven, met optionele post-crosslinking voor hydrogelstabilisatie. Ten slotte worden granulaire hydrogels vervaardigd uit gefragmenteerde microgels gedemonstreerd als extrusiedrukinkten. Hoewel de hierin beschreven voorbeelden fotocrosslinkbare HA gebruiken voor 3D-printen, zijn de methoden gemakkelijk aan te passen voor een breed scala aan hydrogeltypen en biomedische toepassingen.
Inleiding
Granulaire hydrogels worden vervaardigd door het verpakken van hydrogeldeeltjes (d.w.z. microgels) en zijn een opwindende klasse van biomaterialen met veel voordelige eigenschappen voor biomedische toepassingen 1,2,3. Vanwege hun deeltjesstructuur zijn granulaire hydrogels afschuifverdunnend en zelfherstellend, waardoor ze kunnen worden gebruikt als extrusiedruk (bio)inkten, granulaire ondersteuningen voor ingebed printen en injecteerbare therapieën 4,5,6,7,8,9.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
1. Bulkhydrogels in een spuit fabriceren met behulp van photocrosslinking
OPMERKING: Een overzicht van bulk hydrogel fabricage in een spuit met behulp van photocrosslinking is weergegeven in figuur 1. Dit protocol maakt gebruik van norborneen-gemodificeerd hyaluronzuur (NorHA) om bulkhydrogels te fabriceren met behulp van een foto-gemedieerde thiol-ene-reactie. Gedetailleerde procedures voor de synthese van NorHA worden elders beschreven38. Dit protocol is echter zeer aanpasbaar aan elke fotocrosslinkbare hydrogel. Zie Discussie voor meer informatie.
- Bepaal voo....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Representatieve resultaten van deze protocollen zijn weergegeven in figuur 3 en figuur 6. Extrusiefragmentatie levert microgels op met gekartelde, veelhoekige vormen met diameters variërend van 10-300 μm (figuur 3). Verder varieert circulariteit van 0,2 (niet cirkelvormig) tot bijna 1 (perfecte cirkel) en de beeldverhouding varieert van 1-3 (figuur 3). Deze parameters beschrijven de onregelmatige en gek.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Hierin worden methoden beschreven om granulaire hydrogels te fabriceren met behulp van extrusie gefragmenteerde microgels en verpakking door centrifugatie of vacuümgestuurde filtratie. In vergelijking met andere microgelfabricagemethoden (d.w.z. microfluïdica, batch-emulsies, elektrospraying, fotolithografie), is de fabricage van extrusiefragmentatiemicrogel zeer snel, goedkoop, gemakkelijk schaalbaar en vatbaar voor een breed scala aan hydrogelsystemen. Verder is dit protocol zeer herhaalbaar met minimale batch-to-batch.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben geen concurrerende financiële belangen.
Dankbetuigingen
Dit werk werd ondersteund door de National Science Foundation via het UPenn MRSEC-programma (DMR-1720530) en graduate research fellowships (aan V.G.M en M.E.P.) en de National Institutes of Health (R01AR077362 aan J.A.B.).
....Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 15 mL Plastic Conical Centrifuge Tube | Corning | 430766 | |
| 30 G NT Premium Series Dispensing Tip | Jensen Global | JG30-0.5HPX | Catalognummer vermeld hier is voor 30 G, 0,5" naald. Verschillende maten zijn beschikbaar. |
| BD Wegwerp spuiten met Luer-Lok tip (3 mL) | Fisher Scientific | 14-823-435 | Catalognummer vermeld hier is voor 3 mL spuit. Verschillende maten zijn beschikbaar (14-823-XXX). |
| Zwarte mappen | Verschillende leveranciers | ||
| Weggeefnaald voor sondes voor gebruik met spuiten en doseermachines (18 G, 0,5") | Grainger | 5FVH5 | Catalognummer vermeld hier is voor 18 G, 0,5" naald. Verschillende maten zijn beschikbaar. |
| Weggeefnaald voor sondes voor gebruik met spuiten en doseermachines (23 G, 0,5") | Grainger | 5FVJ3 | |
| Weggeefnaald voor sondes voor gebruik met spuiten en doseermachines (27 G, 1,5") | Grainger | 5FVL0 | |
| Dulbecco's fosfaat gebufferde zoutoplossing | Fisher Scientific | 14190-250 | Catalognummer vermeld hier is voor een doos van 10 x 500 mL flessen. |
| Durapore membraanfilter, 0,22 µm | Millipore | GVWP04700 | |
| Epifluorescente of confocale microscoop | Verschillende leveranciers | Om microgels en korrelige hydrogels te visualiseren | |
| Eppendorf Snap-Cap Microcentrifuge Safe-Lock buisjes | Fisher Scientific | 05-402-25 | |
| Extrusieprinter | Op maat gebouwd | Andere extrusieprinters kunnen worden gebruikt, zoals de commercieel verkrijgbare BIOX. | |
| Filteradapters | Fisher Scientific | 05-888-107 | Catalognummer vermeld hier is voor een set van meerdere maten. Verschillende maten zijn beschikbaar (05-888-XXX). |
| Filterkolf | Verschillende leveranciers | ||
| Fluoresceïne isothiocyanaatje-dextran (2 MDa) | Sigma-Aldrich | 52471 | |
| Glazen microscoopglaasje | Verschillende leveranciers | ||
| ImageJ | National Institutes of Health | 'Analyze Particles' informatielink: https://imagej.nih.gov/ij/docs/menus/analyze.html | |
| Laptop | Verschillende leveranciers | ||
| Luer-Lock tipdoppen | Integrated Dispensing Solutions | 9991329 | |
| Metalen spatel voor schrapen | Verschillende leveranciers | ||
| Microcentrifuge | Verschillende leveranciers | Capabel van snelheden tot 18.000 x g | |
| Microscoft Excel | Microsoft | Andere programma's kunnen worden gebruikt, zoals Google Slides. | |
| OmniCure S2000 Spot UV Curing System | Excelitas Technologies | S2000 | Andere lichtsystemen kunnen worden gebruikt om bulkhydrogels te fabriceren indien gewenst. |
| Porseleinen Büchner-trechter met vast geperforeerde plaat | Fisher Scientific | FB966C | Catalognummer vermeld hier is voor een plaat met een diameter van 56 mm. Verschillende maten zijn beschikbaar. |
| Radiometer | Verschillende leveranciers | ||
| Repetier Host | Hot-World GmbH & Co. KG | 3D-printsoftware | |
| Schroefgebaseerde extrusieprinter | Verschillende leveranciers | Deze studie maakte gebruik van een op maat aangepaste 3D FDM-printer (Velleman K8200). Veel alternatieven zijn beschikbaar. | |
| Solidworks/CAD-software | Dassault Systèmes SolidWorks Corporation | Andere programma's kunnen worden gebruikt, zoals Blender of TinkerCAD. | |
| Slang om filterkolf aan te sluiten op vacuümlijn | Verschillende leveranciers | ||
| UV-oogbescherming (d.w.z. veiligheidsbril) | Verschillende leveranciers |
Referenties
- Daly, A. C., Riley, L., Segura, T., Burdick, J. A. Hydrogel microparticles for biomedical applications. Nature Reviews Materials. 5 (1), 20-43 (2020).
- Qazi, T. H., Burdick, J. A. Granular hydrogels for endogenous tissue repair. Biomaterials and Biosystems. 1, 10....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
