Name: Geautomatiseerde Robotic Dispensing Techniek voor Surface Oriëntatie- en Bioprinting van Cellen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-11-18T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 14 s
Description: Leer een geautomatiseerde robotdispensertechniek voor bioprinting met topografische geleiding. Deze methode regelt celgedrag via geëtste oppervlaktekenmerken en hydrogel-bioinkt.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Het hier gepresenteerde werk wordt ondersteund door de Singapore National Research Foundation onder het CREATE-programma (NRF-Technion): Het Regenerative Medicine Initiative in Cardiac Restoration Therapy Research Program en door de Public Sector Funding (PSF) 2012 van de Science and Engineering Research Council (SERC) onder de Agency for Science, Technology and Research (A*STAR).

Opmerking: Dit protocol beschrijft het gebruik van een tegendruk robot geassisteerde doseersysteem (figuur 1A) als een oppervlak etsen (Figuur 1B) en extrusie-gebaseerde bioprinter (figuur 1C) 10. 1. Wijziging van een polystyreen Surface <ol><li> Met 1 mm polystyreen platen aangezien polystyreen weefselkweekplaten doorgaans naar boven buigen in het midden, tast de hoogte consistentie van zowel etsen en afdrukken. LET OP: Als het polystyreen platen niet worden aangepast voor celadhesie, wordt plasma behandeling uitgevoerd. </li><li> Zuurstofplasma behandeling. <ol><li> Selecteer eerst een druk van 2 bar op de regelaar van de zuurstoffles verbonden met het plasma machine. Schakel vervolgens de plasma machine en voer de volgende voorwaarden het bedieningspaneel van het apparaat: 150 W, 30 SSCM zuurstof, 10 min (om de macht, de gasstroom en tijd respectievelijk). </li><li> Plaats de polystyreen Substrate in het plasma kamer, sluit de deur en druk op de startknop op het bedieningspaneel. Week de zuurstofplasma behandeld polystyreen substraat in foetaal runderserum en incubeer bij 37 ° C gedurende 2 uur voor driemaal wassen 1x fosfaatgebufferde zoutoplossing (PBS). </li></ol></li></ol> 2. Programmeren Print Patterns <ol><li> Gebruik het programma om First Etch het oppervlak met een stylus of Scalpel. <ol><li> Bij gebruik van een stylus, plaatst een 1,5 mm diameter textiel naald (van binnen met zorg) in het mondstuk van een afgifte injectiespuit (hetzij 5 of 10 ml) totdat het wordt ingeklemd en bevestigd. Bij gebruik van een scalpel, kies dan een ronde behandeld scalpel, zodat deze in de klem mechanisme van de drukkerij arm kan worden bevestigd. NB: De stylus etst gebogen patronen beter dan de scalpel. </li><li> Bij de eerste poging om een ​​bioprinted arrangement te maken, schetsen het gewenste patroon op ruitjespapier met genummerde assen voor het genereren van de XY coördinaten. Dan, input coördinaten geëtst / bioprinted patroon in het spreadsheet software (figuur 2). OPMERKING: De &quot;gewenste patroon&quot; kan in vele vormen zoals lineaire, S-vormig of cirkelvormig. De keuze is afhankelijk van het experimentele model vereist, zoals parallelle lijnen lineair voor de differentiatie van MSCs tot cardiomyocyten als hier getoond. De scatter grafiek functie kan de visualisatie van de voorgestelde plot patroon. </li><li> Open de afdruk / doseren software. Selecteer &quot;Programma&gt; Programma toevoegen&quot;, gevolgd door &quot;Edit&gt; Add Point&quot; voor het opzetten van het programma. Exporteer de x- en y-coördinaat waarden die zijn verkregen uit het werkblad in de afdruk / afgeven van software met behulp van de &quot;Kopiëren en plakken&quot; functie. </li><li> Kalibreer de &quot;z&quot; hoogte van de robot voor elke run om de stylus / printen mondstuk te plaatsen op het oppervlak. <ol><li> In de print / doseren software, selecteer de optie &quot;Robot&quot;, klik op &quot;Veranderen van Mode &amp;# 34; en activeer de optie &quot;Teaching mode&quot;. Eenmaal geselecteerd, de software kan de functie &quot;Jog&quot; van de robot. </li><li> Om te joggen, eerst initialiseren de robot naar zijn standaard positie door het selecteren van de volgende opdrachten in de menubalk; &quot;Robot&gt; Meca Initialize&quot;, selecteer vervolgens &quot;Robot&gt; Jog&quot;. Voer de numerieke waarden (in mm) in de &quot;X en Y slots&quot; vereist om de naald precies te plaatsen op de oorsprong van het patroon. </li><li> Vervolgens invoeren van een numerieke waarde (in mm) in de &quot;Z houder&quot; de stylus of afdrukken spuitmond in contact te brengen met het oppervlak, maar niet buigen of inspringen oppervlak. Dit punt wordt als &quot;Z&quot; startwaarde. OPMERKING: De diepte van elke groef kan eenvoudig worden gevarieerd met de Z-hoogte van het systeem. Groeven 40, 80 en 170 urn worden gedemonstreerd in het oppervlak van 1 mm dikke polystyreen platen (figuur 4 en tabel 1) te snijden. </li></ol></li><li> Selecteer de print instructie voor elk van de coördinaatpunten, dwz &quot;begin regel Dispense&quot; naar het eerste punt en afdrukken opening definiëren, &quot;Line Passing&quot; naar tussenpunten aan en &quot;End of Line Dispense&quot; om aan te geven aan de robot de beëindiging oplage. </li><li> Communiceer het programma om de robot door het selecteren van de follow commando&#39;s van de bovenste menubalk: &quot;Robot&gt; Verzenden C &amp; T gegevens&quot;. </li><li> Start de ets / oplage, door het veranderen van de robot om de &quot;Run&quot; modus. Doe dit door het selecteren van &quot;Robot&gt; Changing Mode&gt; Switch Run Mode&quot; uit de menubalk bovenaan. </li><li> Start de drukkerij procedure door op de groene &quot;start&quot; op de robot dispenser console. </li></ol></li></ol> 3. Voorbereiding en afdrukken van Cell-bevattende Gelatine Bioink <ol><li> Los 2% gelatine in Minimum Essential Medium Alpha Medium (aMEM) (aangevuld met 10% FBS en 2% antibiotica / antimycotic) bij 60 ° C gedurende 2 uur om de bioink oplossingen te bereiden. </li><li> Pre-cultuur van de Red Fluorescent Protein uiten van mesenchymale stamcellen (RFP-MSC&#39;s) tot 70% samenvloeiing in 10 cm weefselkweek gerechten met aMEM / 10% FBS. Laat de aangehechte cellen tot een suspensie verwijderen van het medium en bekleding met 1x trypsine-EDTA-oplossing gedurende 5 minuten bij 37 ° C. </li><li> Pellet de cellen door centrifugatie bij 1000 g gedurende 5 minuten en de bovenstaande vloeistof. Resuspendeer de celpellet in 0,5 ml 1x PBS en tel de celdichtheid met behulp van een hemocytometer. </li><li> Nadat men de bioink afkoelen tot kamertemperatuur, meng in een voldoende hoeveelheid om de suspensie van RFP-MSC&#39;s in de bioink tot een eindconcentratie van 5 x 10 6 cellen ml-1 te bereiken. </li><li> Giet de cel lager bioink in een drukkerij spuit met de nozzle gesloten. Koel de geladen injectiespuit op 4 ° C om een ​​afdrukbare viscositeit te bereiken. </li><li> Plaats de geladen spuit op de geautomatiseerderobot doseersysteem en bevestig de luchtdruk lijnen. Verwijder de spuit Luer afdichting en bevestig de afdruk mondstuk. </li><li> Extrusie van de cellularized bioinks in dunne lijnen met behulp van 0,05 MPa tegendruk, op 5 mm / sec schrijfsnelheid van een 10 ml spuit via een 27 G naald / nozzle (taps toelopend aanbevolen meer dan cilindrisch) op een polystyreen film oppervlak, naar aanleiding van de voorgeprogrammeerde depositie patroon in stap 2.1 beschreven om de cellularized bioink plaatsen op de pre-geëtste groeven. </li><li> Na 1 uur incubatie bij kamertemperatuur, voeg 10 ml groeimedium (aangevuld met 10% FBS en antibiotica) en incuberen van de cellen gedurende 24 uur (om de cellen te detecteren en te reageren op de geëtste kenmerken) voor weergave onder gebruikmaking van een omgekeerde fluorescentiemicroscoop bij 10x vergroting. </li></ol>

<ol><li>Ma, Z., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMa%2C+Z+%22Cell+and+Organ+Printing%22">Cell and Organ Printing</a>. Ringeisen , R. B., Spargo, J. B., Wu, K. P. , Springer. Netherlands. 137-159 (2010).</li>
<li>Kaji, H., Camci-Unal, G., Langer, R., Khademhosseini, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Engineering+systems+for+the+generation+of+patterned+co-cultures+for+controlling+cell-cell+interactions%5BTitle%5D)+AND+%22Biochim+Biophys+Acta%22%5BJournal%5D)">Engineering systems for the generation of patterned co-cultures for controlling cell-cell interactions.</a> Biochim Biophys Acta. 1810 (3), 239-250 (2011).</li>
<li>Goubko, C. A., Cao, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Patterning+multiple+cell+types+in+co-cultures%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Science+and+Engineering%3A+C%22%5BJournal%5D)">Patterning multiple cell types in co-cultures: A review.</a> Materials Science and Engineering: C. 29 (6), 1855-1868 (2009).</li>
<li>Pati, F., Jang, J., Lee, J. W., Cho, D. W. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPati%2C+F+%22Essentials+of+3D+Biofabrication+and+Translation%22">Essentials of 3D Biofabrication and Translation</a>. Yoo, J. J. , Academic Press. 123-152 (2015).</li>
<li>Derby, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Printing+and+prototyping+of+tissues+and+scaffolds%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Printing and prototyping of tissues and scaffolds.</a> Science. 338 (6109), 921-926 (2012).</li>
<li>Malda, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((25th+anniversary+article%3A+Engineering+hydrogels+for+biofabrication%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater%22%5BJournal%5D)">25th anniversary article: Engineering hydrogels for biofabrication.</a> Adv Mater. 25 (36), 5011-5028 (2013).</li>
<li>Billiet, T., Vandenhaute, M., Schelfhout, J., Van Vlierberghe, S., Dubruel, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+of+trends+and+limitations+in+hydrogel-rapid+prototyping+for+tissue+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">A review of trends and limitations in hydrogel-rapid prototyping for tissue engineering.</a> Biomaterials. 33 (26), 6020-6041 (2012).</li>
<li>Skardal, A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSkardal%2C+A+%22Essentials+of+3D+Biofabrication+and+Translation%22">Essentials of 3D Biofabrication and Translation</a>. Yoo, J. J. , Academic Press. 1-17 (2015).</li>
<li>Irvine, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Printing+cell-laden+gelatin+constructs+by+free-form+fabrication+and+enzymatic+protein+crosslinking%5BTitle%5D)+AND+%22Biomed+Microdevices%22%5BJournal%5D)">Printing cell-laden gelatin constructs by free-form fabrication and enzymatic protein crosslinking.</a> Biomed Microdevices. 17 (1), 16(2015).</li>
<li>Bhuthalingam, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+3D+printing+method+for+cell+alignment+and+differentiation%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Bioprinting%22%5BJournal%5D)">A novel 3D printing method for cell alignment and differentiation.</a> International Journal of Bioprinting. 1, 57-65 (2015).</li>
<li>Curtis, A., Wilkinson, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Topographical+control+of+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Topographical control of cells.</a> Biomaterials. 18 (24), 1573-1583 (1997).</li>
<li>Tay, C. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micropatterned+matrix+directs+differentiation+of+human+mesenchymal+stem+cells+towards+myocardial+lineage%5BTitle%5D)+AND+%22Exp+Cell+Res%22%5BJournal%5D)">Micropatterned matrix directs differentiation of human mesenchymal stem cells towards myocardial lineage.</a> Exp Cell Res. 316 (7), 1159-1168 (2010).</li>
<li>Tay, C. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bio-inspired+micropatterned+platform+to+steer+stem+cell+differentiation%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Bio-inspired micropatterned platform to steer stem cell differentiation.</a> Small. 7 (10), 1416-1421 (2011).</li>
<li>Li, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+laser+machining-induced+topographic+pattern+promotes+up-regulation+of+myogenic+markers+in+human+mesenchymal+stem+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Biomater%22%5BJournal%5D)">Direct laser machining-induced topographic pattern promotes up-regulation of myogenic markers in human mesenchymal stem cells.</a> Acta Biomater. 8 (2), 531-539 (2012).</li>
<li>Kolind, K., Leong, K. W., Besenbacher, F., Foss, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Guidance+of+stem+cell+fate+on+2D+patterned+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Guidance of stem cell fate on 2D patterned surfaces.</a> Biomaterials. 33 (28), 6626-6633 (2012).</li>
<li>Agrawal, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Smooth+Muscle+Cell+Alignment+and+Phenotype+Control+by+Melt+Spun+Polycaprolactone+Fibers+for+Seeding+of+Tissue+Engineered+Blood+Vessels%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Smooth Muscle Cell Alignment and Phenotype Control by Melt Spun Polycaprolactone Fibers for Seeding of Tissue Engineered Blood Vessels.</a> International Journal of Biomaterials. 2015, (2015).</li>
<li>Chang, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phenotypic+modulation+of+primary+vascular+smooth+muscle+cells+by+short-term+culture+on+micropatterned+substrate%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Phenotypic modulation of primary vascular smooth muscle cells by short-term culture on micropatterned substrate.</a> PLoS One. 9 (2), e88089(2014).</li>
<li>Li, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Engineering+cell+alignment+in+vitro%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol+Adv%22%5BJournal%5D)">Engineering cell alignment in vitro.</a> Biotechnol Adv. 32 (2), 347-365 (2014).</li>
<li>Blaeser, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlling+Shear+Stress+in+3D+Bioprinting+is+a+Key+Factor+to+Balance+Printing+Resolution+and+Stem+Cell+Integrity%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Healthc+Mater%22%5BJournal%5D)">Controlling Shear Stress in 3D Bioprinting is a Key Factor to Balance Printing Resolution and Stem Cell Integrity.</a> Adv Healthc Mater. 5 (3), 326-333 (2016).</li>
<li>Nery, A. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+mesenchymal+stem+cells%3A+From+immunophenotyping+by+flow+cytometry+to+clinical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Cytometry+Part+A%22%5BJournal%5D)">Human mesenchymal stem cells: From immunophenotyping by flow cytometry to clinical applications.</a> Cytometry Part A. 83A (1), 48-61 (2013).</li>
<li>Guvendiren, M., Lu, H. D., Burdick, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shear-thinning+hydrogels+for+biomedical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Shear-thinning hydrogels for biomedical applications.</a> Soft Matter. 8 (2), 260-272 (2012).</li>
<li>Markstedt, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+Bioprinting+Human+Chondrocytes+with+Nanocellulose-Alginate+Bioink+for+Cartilage+Tissue+Engineering+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">3D Bioprinting Human Chondrocytes with Nanocellulose-Alginate Bioink for Cartilage Tissue Engineering Applications.</a> Biomacromolecules. 16 (5), 1489-1496 (2015).</li>
<li>Kolesky, D. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+bioprinting+of+vascularized%2C+heterogeneous+cell-laden+tissue+constructs%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater%22%5BJournal%5D)">3D bioprinting of vascularized, heterogeneous cell-laden tissue constructs.</a> Adv Mater. 26 (19), 3124-3130 (2014).</li>
<li>Merceron, T. K., Murphy, S. V. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMerceron%2C+TK+%22Essentials+of+3D+Biofabrication+and+Translation%22">Essentials of 3D Biofabrication and Translation</a>. Yoo, J. J. , Academic Press. 249-270 (2015).</li>
<li>Carrow, J. K., Kerativitayanan, P., Jaiswal, M. K., Lokhande, G., Gaharwar, A. K. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aCarrow%2C+JK+%22Essentials+of+3D+Biofabrication+and+Translation%22">Essentials of 3D Biofabrication and Translation</a>. Yoo, J. J. , Academic Press. 229-248 (2015).</li>
<li>Lee, K. V., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLee%2C+KV+%22Bioprinting+in+Regenerative+Medicine%22">Bioprinting in Regenerative Medicine</a>. Turksen, K. , Springer International Publishing. 33-66 (2015).</li>
<li>Ozbolat, I. T., Hospodiuk, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Current+advances+and+future+perspectives+in+extrusion-based+bioprinting%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Current advances and future perspectives in extrusion-based bioprinting.</a> Biomaterials. 76, 321-343 (2016).</li>
<li>Li, M., Tian, X., Schreyer, D. J., Chen, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+needle+geometry+on+flow+rate+and+cell+damage+in+the+dispensing-based+biofabrication+process%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol+Prog%22%5BJournal%5D)">Effect of needle geometry on flow rate and cell damage in the dispensing-based biofabrication process.</a> Biotechnol Prog. 27 (6), 1777-1784 (2011).</li>
<li>Nikkhah, M., Edalat, F., Manoucheri, S., Khademhosseini, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Engineering+microscale+topographies+to+control+the+cell-substrate+interface%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Engineering microscale topographies to control the cell-substrate interface.</a> Biomaterials. 33 (21), 5230-5246 (2012).</li>
<li>Khademhosseini, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+patterning+for+fabrication+of+contractile+cardiac+organoids%5BTitle%5D)+AND+%22Biomed+Microdevices%22%5BJournal%5D)">Microfluidic patterning for fabrication of contractile cardiac organoids.</a> Biomed Microdevices. 9 (2), 149-157 (2007).</li>
<li>Chelli, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+cell+alignment+by+patterning+gradients+of+the+extracellular+matrix+protein+laminin%5BTitle%5D)+AND+%22Interface+Focus%22%5BJournal%5D)">Neural cell alignment by patterning gradients of the extracellular matrix protein laminin.</a> Interface Focus. 4 (1), 20130041(2014).</li>
<li>Aubin, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Directed+3D+cell+alignment+and+elongation+in+microengineered+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Directed 3D cell alignment and elongation in microengineered hydrogels.</a> Biomaterials. 31 (27), 6941-6951 (2010).</li>
<li>Béduer, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Engineering+of+adult+human+neural+stem+cells+differentiation+through+surface+micropatterning%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Engineering of adult human neural stem cells differentiation through surface micropatterning.</a> Biomaterials. 33 (2), 504-514 (2012).</li>
<li>Bian, W., Jackman, C. P., Bursac, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlling+the+structural+and+functional+anisotropy+of+engineered+cardiac+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Biofabrication%22%5BJournal%5D)">Controlling the structural and functional anisotropy of engineered cardiac tissues.</a> Biofabrication. 6 (2), 024109(2014).</li>
<li>Chen, P. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+large+perfusable+macroporous+cell-laden+hydrogel+scaffolds+using+microbial+transglutaminase%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Biomater%22%5BJournal%5D)">Fabrication of large perfusable macroporous cell-laden hydrogel scaffolds using microbial transglutaminase.</a> Acta Biomater. 10 (2), 912-920 (2014).</li>
<li>Bertassoni, L. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct-write+bioprinting+of+cell-laden+methacrylated+gelatin+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Biofabrication%22%5BJournal%5D)">Direct-write bioprinting of cell-laden methacrylated gelatin hydrogels.</a> Biofabrication. 6 (2), 024105(2014).</li>
<li>Zhao, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+patterned+substrates+for+bioartificial+blood+vessels+-+The+effect+of+hydrogels+on+aligned+cells+on+a+biomaterial+surface%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Biomater%22%5BJournal%5D)">3D patterned substrates for bioartificial blood vessels - The effect of hydrogels on aligned cells on a biomaterial surface.</a> Acta Biomater. 26, 159-168 (2015).</li>
</ol>

De auteurs verklaren dat ze geen concurrerend financieel belang hebben.

De kritische stap van deze procedure is de feitelijke bioprinting levering van de stamcellen de procescel sedimentatie moet toelaten de functies afdrukken zonder bioink verspreiden / bloeden, cellen leveren zonder schuifspanning celdood en niet tot differentiatie ongewenste richting lijn. Indien de verwachte celuitlijning uitblijft, wordt de bioink viscositeit moeten worden beoordeeld op zijn geschiktheid voor afdrukken. Het is belangrijk dat de bioink kunnen de cellen sedimenteren de patroo...

Het opzettelijk patroonvorming van cel plaatsing maakt de vorming van culturen die na te bootsen in vivo cellulaire organisatie 1. Inderdaad, kan het onderzoek naar de interactie tussen verschillende celtypen worden bijgestaan door het organiseren van hun ruimtelijke plaatsing 2,3. De meeste systemen patronen afhankelijk oppervlaktemodificatie procedures voor het bevorderen of het voorkomen van celhechting aan latere passieve cel depositie. Bioprinting biedt ruimtelijke en temporele controle over de cel distributies 1. Naast deze functies is bioprinting beschreven als een technisch eenvoudige, snelle en kosteneffectieve werkwijze voor het complexe geometrische scaffolds 4. Het maakt gebruik van computer design software en maakt de introductie van cellen in het fabricageproces 4. Bioprinting systemen zijn gecategoriseerd op basis van hun werkingsprincipes als laser gebaseerde, inkjet gebaseerde of extrusie-gebaseerde 4. Extrusie bioprinting is beschreven als het meest veelbelovend als het laat de fabricage van de georganiseerde constructies van klinisch relevante maten binnen een realistische termijn 4-6. Zij worden uitgevoerd door zowel mechanisch als tegendruk bijgestaan ​​extrusie van een cel die hydrogel bioink. In de hier gepresenteerde methode werd tegendruk toegepast. Zoals gezegd, worden de cellen geleverd in een cytocompatible bioink. Dergelijke bioink moet het versterken van cellen ondersteunen zonder dat schadelijke afschuifspanning en zijn van voldoende viscositeit om de integriteit van de gedrukte sporen behouden zonder instorten of verspreider (aangeduid als &quot;inkt bleed&quot;) 7-10. De interactie van cellen met het oppervlak dat bedekt is bekend dat cellulaire beïnvloeden. Het oppervlak topografie kan de vorm cel oriëntatie 11, en ook het fenotype regelen. In het bijzonder zijn de fabricage van groeven en kanalen aangetoond dat inducereneen verlengde langwerpige morfologie op meerdere celtypen. De goedkeuring van deze morfologie is gevonden om het fenotype van multipotente en pluripotente cellen te beïnvloeden. Bijvoorbeeld, wanneer uitgelijnd op goten, mesenchymale stamcellen (MSC) er aanwijzingen differentiatie richting cardiomyocyten 12,13 en vasculaire gladde spiercellen nemen het contractiele fenotype via synthetische 10,14-17. De cel uitlijnen kanalen of groeven kunnen worden geproduceerd op een polymeeroppervlak via een aantal methoden, bijvoorbeeld diep reactief ionen etsen, electron beam lithografie, direct printen, femtosecondlaser, fotolithografie en droog etsen plasma 18. Deze benaderingen zijn vaak tijdrovend, vereist ingewikkelde apparatuur en kunnen beperkend in de vorm van het gegenereerde patroon. Bovendien hebben ze geen patronen met bioprinting synchroniseren en houden geen rekening met onmiddellijke cellularization. De coordinately gecontroleerde beweging van een geautomatiseerdeafgiftesysteem kunnen complexe patronen volgen voor de depositie van oplossingen. Hier laten we zien hoe de microschaal gecontroleerde beweging kan worden benut om kanalen voor mobiele oriëntatie te creëren. Een scherpe pen of scalpel wordt in plaats van extrusie spuit de printkop bevestigd en materiaal kan vervolgens etsen polymeeroppervlak onder leiding van de plotsoftware. De werkwijze biedt veelzijdigheid patroonontwerp, geldt voor polymere materialen gewoonlijk in bioengineering zoals polystyreen, PTFE en polycaprolacton. Als een volgende stap het etsen, kunnen de cellen direct worden bioprinted de groeven bekrast. De gelatine bioink hier gebruikt was in staat om zowel handhaven van de sporen en laat de afgezette cellen om de geëtste kenmerken voelen. Mesenchymale stamcellen bioprinted op de geëtste groeven werden aangetoond langwerpige daarlangs in duidelijke lijnen.

<table><tbody><tr><td>Apparatuur</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Robotisch doseersysteem</td><td>Janome</td><td>2300N</td><td></td></tr><tr><td>Plasmamachine</td><td>Femto Science</td><td>Covance</td><td></td></tr><tr><td>USB-microscoop</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Optisch microscoop</td><td>Olympus</td><td>IX71</td><td></td></tr><tr><td>Naam</td><td>Bedrijf</td><td>Catalogusnummer</td><td>Opmerkingen</td></tr><tr><td>Software</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Spreadsheet</td><td>Excel</td><td>Excel</td><td></td></tr><tr><td>Afdrukcoördinatensoftware</td><td>Janome</td><td>JR C-Points</td><td></td></tr><tr><td>Beeldverwerkingssoftware</td><td>National Institutes of Health (NIH)</td><td>ImageJ</td><td></td></tr><tr><td>Naam</td><td>Bedrijf</td><td>Catalogusnummer</td><td>Opmerkingen</td></tr><tr><td>Apparatuur</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Stylus (mes)</td><td>OLFA</td><td>AK-5</td><td></td></tr><tr><td>5 ml drukspuit</td><td>San-ei Tech</td><td>SH10LL-B</td><td></td></tr><tr><td>30 G druknaald</td><td>San-ei Tech</td><td>SH30-0.25-B</td><td></td></tr><tr><td>1 mm polystyreenplaten</td><td></td><td>Plaatselijke aankoop</td><td></td></tr><tr><td>Fétaal bovien serum</td><td>Invitrogen&nbsp;</td><td>10270-098</td><td></td></tr><tr><td>Fosfaat gebufferde zoutoplossing</td><td>Invitrogen</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Gelatine uit varkenshuid, Gel sterkte 300, Type A</td><td>Sigma Aldrich</td><td>9000-70-8</td><td></td></tr><tr><td>&alpha;MEM</td><td>Invitrogen</td><td>41061-029</td><td></td></tr><tr><td>Antibiotisch antimycotisch</td><td>Sigma Aldrich</td><td>A5955-100ML</td><td></td></tr><tr><td>Rode fluorescente eiwit mesenchymale stamcellen (RFP-MSCs)</td><td>Cyagen Biosciences Incorporation</td><td>RASMX-01201</td><td></td></tr></tbody></table>

geautomatiseerde robotic dispensing techniek voor surface oriëntatie- en bioprinting van cellen

Automated Robotic Dispensing Technique for Surface Guidance and Bioprinting of Cells

Dit manuscript beschrijft de introductie van cellen Praktische kenmerken gevolgd door de directe afgifte van cellen om deze functies in een hydrogel bioink een geautomatiseerd robot doseersysteem. De specifieke bioink werd gekozen omdat het cellen mogelijk maakt sediment richting en zin de functies. Het doseersysteem bioprints levensvatbare cellen in hydrogel bioinks met behulp van een tegendruk bijgestaan ​​printkop. Echter, door het vervangen van de printkop met een scherpe pen of scalpel, het doseersysteem kan ook worden gebruikt om topografische signalen door bovengrondse etsen maken. De beweging stylus kan worden geprogrammeerd in stappen van 10 urn in de X, Y en Z richting. De gevormde groeven konden mesenchymale stamcellen oriënteren, beïnvloeden ze een langwerpige morfologie uitgelijnd vast met de richting van de groeven. Het patroon kan worden gemaakt met behulp plotsoftware in rechte lijnen, concentrische cirkels, en sinusgolven. In een volgende procedure, fibroontploffing en mesenchymale stamcellen werden gesuspendeerd in een 2% gelatine bioink voor bioprinting een tegendruk gedreven extrusie printkop. De cel dragende bioink werd vervolgens bedrukt met dezelfde geprogrammeerde coördinaten gebruikt voor het etsen. De bioprinted cellen konden detecteren en reageren op de geëtste eigenschappen zoals blijkt uit hun gerekte orientatie langs de richting van de geëtste groeven.

De representatieve resultaten tonen aan dat de tegendruk robot geassisteerde verdeelsysteem kan worden gebruikt als een op extrusie gebaseerde bioprinter voor het uitvoeren van zowel oppervlakte- etsen en bioink drukken (Figuur 1 A). Het kan worden gebruikt voor het genereren van geëtste groeven polymeeroppervlakken, en vervolgens een cel die bioink direct afdrukken op de eigenschappen (Figuur 1 B en C). <p class="jove_content" fo:keep-together.withi...

Dit protocol beschrijft een bioprinting-methodologie met behulp van een geautomatiseerd robotsysteem voor het afzetten dat geëtste topografische geleidingssignalen combineert met de nauwkeurige afzetting van een hydrogel bio-inkt dat cellen bevat. De gedrukte cellen worden direct afgeleverd bij de geëtste kenmerken en kunnen deze waarnemen en er zich op oriënteren.

Geautomatiseerde Robotic Dispensing Techniek voor Surface Oriëntatie- en Bioprinting van Cellen

This manuscript describes the introduction of cell guidance features followed by the direct delivery of cells to these features in a hydrogel bioink using ...

Het algemene doel van deze geautomatiseerde robotische doseertechniek is het creëren van een oppervlak voor topografische celgeleiding en het vervolgens aanbrengen van cellen op deze structuren volgens een geprogrammeerd patroon, waardoor controle over het celgedrag en de distributie mogelijk wordt. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van cruciale vragen in het veld van de biomedische technologie, zoals de wijze waarop oppervlaktetopografieën het celgedrag kunnen beïnvloeden, zowel in monocultuur als in co-cultuur. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het programmeren en printen van celgeleidingspatronen minder tijdrovend is in vergelijking met meer gevestigde methoden.Het omvat ook een stap voor celtoevoer voor gecontroleerde dispensering. We kregen oorspronkelijk het idee voor deze methode toen we beseften dat 2D-patronen van cellen die in hydrogels zijn gedeponeerd, konden profiteren van oppervlaktegeleiding. Daarom hebben we deze techniek ontwikkeld om hydrogels te printen op een manier die aansluit bij de oppervlaktekenmerken.Dit protocol beschrijft het gebruik van een robotisch doseersysteem met tegendruk als oppervlakte-ets- en extrusiegebaseerde bioprinter. Selecteer voor de voorbereiding van een polystyreenoppervlak voor het etsen en printen een polystyreenplaat met een dikte van één millimeter. Dikkere platen zullen sterker doorbuigen.Behandel de plaat vervolgens met zuurstofplasma. Stel de zuurstofgasregelaar in op twee bar. Zet daarna de plasmamachine aan en schakel de vacuümpomp in.Programmeer de machine vervolgens op 150 watts en een zuurstofgasstroom van 30 standaard kubieke centimeter per minuut, en stel het vel gedurende 10 minuten bloot aan deze condities. Vacumeer daarna de kamer, sluit de deur en start de cyclus. Dompel het behandelde vel vervolgens onder in puur foetaal runderserum en incubeer het gedurende twee uur bij 37 °C onder agitatie.Was het vel na de serumbehandeling drie keer met 1X PBS en steriliseer het vel. Laat het vel na de laatste wasbeurt een nacht lang (ongeveer 12 uur) drogen in een oven van 37 graden Celsius. Bereid vervolgens een printstylus voor het etsen.Steek met grote zorg een textielnaald met een diameter van 1,5 millimeter in de tuit van een doseerspuit totdat deze stevig vastzit. Schets bij de eerste poging om een biogeprinte opstelling te maken het gewenste patroon op grafiekpapier met genummerde assen om de x-, y-coördinaten te bepalen. Voer vervolgens de coördinaten van het patroon in een spreadsheet in.Select vervolgens in de printsoftware Program, Add Program, gevolgd door Edit, Add Point om het programma op te stellen. Kopieer daarna de x- en y-coördinaatwaarden vanuit het spreadsheet naar de software voor het print-dispenseren. Kalibreer vóór elke run de z-hoogte van de robot om de contactpositie van de stylus in te stellen.Selecteer eerst de optie Robot. Klik vervolgens op Changing Mode en schakel de optie Teaching Mode in. Hiermee wordt de JOG-functie van de robot geactiveerd.Om de robot in JOG-modus te bedienen, plaatst u de robot eerst in de standaardpositie door Robot, Meca Initialize te selecteren. Kies vervolgens Robot, JOG. Voer daarna in de x- en y-velden de afstand in millimeters in die nodig is om de stylus precies op het nulpunt van het patroon te plaatsen.Voer vervolgens, ook in millimeters, een numerieke waarde in het z-slot in om de stylus of spuitmond in contact te brengen met het oppervlak zonder het oppervlak te buigen of te indeuken. Dit wordt aangemerkt als de startwaarde van z. De diepte van elke groef kan worden gevarieerd met behulp van de z-hoogte.De gesneden groeven kunnen bijvoorbeeld 40, 80 of 170 micron diep zijn. Het vereist concentratie en nauwkeurige observatie om een contactpunt te vinden waarbij er geen buiging van de stylus optreedt en er geen merkbare inkeping op het oppervlak ontstaat. Om succes te garanderen, raden we aan om meerdere vellen voor te bereiden en het programma op verschillende z-hoogtes uit te voeren om de ideale startpositie te bepalen.De volgende stap is het definiëren van de printinstructie voor elk van de coördinaatpunten. Gebruik 'Start of Line Dispense' om het eerste punt en de start van het printen te definiëren. Gebruik 'Line Passing' om de tussenliggende punten aan te geven, en gebruik tot slot 'End of Line Dispense' om de robot te signaleren dat de printrun moet worden beëindigd.Om het programma naar de robot over te dragen, selecteert u Robot, Send C&T Data. Start vervolgens de run door Robot, Changing Mode, Switch Run Mode te selecteren en de instelling naar Run te wijzigen. Begin ten slotte met het printen.Om de bio-inkt te maken, lost u 2% gelatine op in Alpha MEM aangevuld met 10% FBS en 2% antibioticum-antimycoticum. Plaats het medium gedurende twee uur bij 60 °C om de gelatine in het medium te laten oplossen. Kweek de cellen voor de bio-inkt tot 70% confluentie in schalen van 10 cm.Alle cellen die reageren op oppervlakte-geleidingskenmerken kunnen worden gebruikt; deze moeten een fluorescerende label tot expressie brengen zodat ze zichtbaar zijn tijdens het inbeddingsproces. Laat de aanhechtende cellen in de suspensie vrij door het medium te verwijderen, de cellen met PBS te wassen en de cellen vijf minuten lang bij 37 °C te behandelen met een 1X Trypsin-EDTA-oplossing. Nadat de Trypsine is geneutraliseerd met medium, worden de cellen als suspensie verzameld en gecentrifugeerd bij 1.000 g gedurende vijf minuten om een pellet te vormen.Discarder het supernatant en resuspendeer de cellen in 0,5 milliliters medium. Meng na het meten van de celdichtheid de suspensie in de gekoelde bio-inktoplossing om een oplossing te maken met vijf miljoen cellen per millimeter. Giet vervolgens de celbevattende bio-inkt in een voorbereide printspuit die is afgesloten met een lure-dop.Koel de gevulde spuit af tot vier graden Celsius om een printbare viscositeit te bereiken. Haal vervolgens de gevulde en gekoelde spuit eruit, verwijder de dop van de spuit en bevestig de printnozzle. Plaats daarna de gevulde spuit in het doseersysteem en verbind deze met de luchtdruklijnen.Om de bio-inkt op het vooraf ontworpen patroon te printen, moeten de randen en lijnen scherp gedefinieerd zijn. Precisie bij het printen wordt bereikt door de tegendruk van de dispenser en de naaldmaat van de printnozzle te optimaliseren. Stel de tegendruk van de dispenser in op 0,05 megapascals voor een spuit van 10 milliliter met een taps toelopende naald van 34-gauge.Stel vervolgens in de software de schrijfsnelheid in op vijf millimeter per seconde op een polystyreenfilm-oppervlak. Deponeer nu, volgens het geprogrammeerde patroon, de gecellulariseerde bio-inkt in de vooraf geëtste groeven. Laat het vel na het deponeeren van de cellen 20 minuten incuberen bij kamertemperatuur.Dek het geprinte celsteigerwerk later af met het geschikte groeimedium en incubeer de cellen gedurende 24 uur, zodat de cellen hechten voorafgaand aan verdere experimenten. Stamcellen die via bioprinting in de bio-inkt waren gezaaid, sedimenteerden uiteindelijk naar het oppervlak en oriënteerden en verlengden zich langs de richting van de discreet geëtste lijnen. Cellen die in kweekmedium zonder bioprinting waren gezaaid, richtten zich eveneens in de richting van de kenmerken.Ze bedekten echter ook het gehele oppervlak, waardoor de bio-inkt de cellen beperkte tot het geprinte spoor. Wanneer ze werden gezaaid op vellen zonder de geëtste kenmerken, vertoonden de cellen geen oriëntatie of uitlijning. Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u nauwkeurig groeven in het polystyreenvel kunt etsen en vervolgens nauwkeurig cellen in deze groeven kunt bioprinten.Zodra deze techniek onder de knie is, kan deze in ongeveer twee tot drie uur worden uitgevoerd. Het is zeer nuttig voor onderzoekers in het vakgebied van de bioengineering om celoppervlakinteracties bloot te leggen in modellen waarin celanisotropie en positionering vereist zijn. Vergeet niet dat de bio-inkt levende cellen bevat en dat het essentieel is om steriele technieken toe te passen bij het printen van de vellen.

automated-robotic-dispensing-technique-for-surface-guidance

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

Deze 3D microfluïdische printtechnologie drukt arrays van cellen op ondergedompelde oppervlakken af.  We beschrijven hoe arrays van cellen microfluïdisch in 3D-stroomcellen op ondergedompelde oppervlakken worden afgeleverd.  Door op ondergedompelde oppervlakken te printen, werden celmicroarrays geproduceerd die geneesmiddelscreening en cytotoxiciteitsbeoordeling mogelijk maken op een veelvoud van gebieden.

De Ondergedoken afdrukken van cellen op een gemodificeerde oppervlak met behulp van een continue stroom Microspotter

Er wordt een protocol gepresenteerd voor robotisch afdrukken van kankercelsferoïden in een 96-wellsplaatformaat met hoge doorvoer met behulp van een waterig tweefasensysteem.

Robotic productie van Cancer Cell sferoïden met een waterige tweefasensysteem voor Drug Testing

Hier presenteren we een protocol om vrij-zwevende, micron / sub-micron schaal polymeer vezels en "web-achtige" structuren gegenereerd via geautomatiseerde direct schriftelijk procedure door middel van een 3-assige doseersysteem fabriceren.

Voorgeschreven 3-D Direct Schrijven van Suspended Micron / Sub-micron schaal Fiber Structures via een Robotic doseersysteem

Een Cartesische bioprinter werd ontworpen en gemaakt om multi-materiaal depositie in nauwkeurige, reproduceerbare geometrieën mogelijk te maken, terwijl ook controle van omgevingsfactoren wordt toegestaan. Met behulp van de driedimensionale bioprinter kunnen complexe en levensvatbare constructies worden afgedrukt en gemakkelijk worden gereproduceerd.

Levensvatbaarheid van Bioprinted Cellular constructen met behulp van een drie Dispenser cartesiaanse Printer

Dit protocol beschrijft 3D bioprinting van hartweefsel zonder het gebruik van biomaterialen. 3D bioprinted cardiac patches vertonen mechanische integratie van component sferoïden en zijn zeer veelbelovend in hartweefselregeneratie en als 3D-modellen van hart-en vaatziekten.

Het creëren van cardiale weefsels die mechanische integratie van sferoïden tonen met behulp van 3D bioprinting

Wij bieden een veralgemeende protocol gebaseerd op een strategie van de bioprinting microfluidic voor een vezelige vasculaire bed, waar een secundaire celtype verder zou kunnen worden uitgezaaid in de interstitiële ruimte van deze vezelige structuur voor het genereren van gevacuoliseerd weefsels en organoids engineering.

Microfluidic Bioprinting voor Engineering gevacuoliseerd weefsels en Organoids

Kraakbeen en huid-analogen waren bioprinted met behulp van een nanocellulose-alginaat gebaseerd bioink. De bioinks waren cellularized voorafgaand aan het afdrukken via een enkele stap passieve mengen eenheid. De constructies werden gedemonstreerd worden uniforme cellularized, hebben hoge levensvatbaarheid en gunstige markers van differentiatie vertonen.

Bioprinting van kraakbeen en huid weefsel analogen met behulp van een roman passief mengen eenheid techniek voor Bioink Precellularization

Het protocol beschrijft high-throughput sferoïde generatie voor bioprinting met behulp van de multi-parametrische analyse van hun oxygenatie en celdood op een standaard fluorescentiemicroscoop. Deze aanpak kan worden toegepast om de levensvatbaarheid van de sferoïden te controleren en standaardisatie uit te voeren, wat belangrijk is bij het modelleren van 3D-weefsel, tumormicro-omgeving en succesvolle (micro)weefselbiofabricage.

Betaalbare zuurstofmicroscopie-geassisteerde biofabricage van meercellige sferoïden

Hier beschrijven we de grootschalige productie van van vetweefsel afgeleide stromale / stamcel (ASC) sferoïden met behulp van een geautomatiseerd pipetteersysteem om de celsuspensie te zaaien, waardoor homogeniteit van sferoïde grootte en vorm wordt gegarandeerd. Deze ASC-sferoïden kunnen worden gebruikt als bouwstenen voor 3D-bioprintingbenaderingen.

Grootschalige, geautomatiseerde productie van van vetweefsel afgeleide stamcelsferoïden voor 3D-bioprinting

Afschuifverwerking tijdens hydrogelvorming resulteert in de productie van microgel-suspensies die dun scheren maar snel herstructureren na het verwijderen van schuifkrachten. Dergelijke materialen zijn gebruikt als een ondersteunende matrix voor het bioprinten van complexe, met cellen beladen structuren. Hier worden methoden beschreven die worden gebruikt om het ondersteunende bed en compatibele bioinks te vervaardigen.

Agarose vloeibare gels gevormd door afschuifverwerking tijdens gelation voor gesuspendeerde 3D-bioprinting

Oplosbare basaalmembraanextracten zijn de meest gebruikte biologische matrices in kankeronderzoek, maar hun complexe reologische gedrag maakt het moeilijk om ze te bioprinten met in de handel verkrijgbare bioprintsystemen. Dit werk presenteert een op maat gemaakte bioprintstrategie om zuivere matrixconstructies te produceren met een goede vormgetrouwheid in zowel enkele als meerdere lagen.

Ontwerp en validatie van een volumetrische extrusie bioprinter voor het bioprinten van oplosbaar basaalmembraanextract voor translationeel onderzoek

Leer een geautomatiseerde robotdispensertechniek voor bioprinting met topografische geleiding. Deze methode regelt celgedrag via geëtste oppervlaktekenmerken en hydrogel-bioinkt.

Geautomatiseerde Robotic Dispensing Techniek voor Surface Oriëntatie- en Bioprinting van Cellen

Meer video's verkennen