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

De mogelijkheid om verschillende bioinks te gebruiken is van het grootste belang voor de succesvolle ontwikkeling van bioprintstructuren, en deze technologie vergemakkelijkt het gebruik van materialen die over het algemeen niet compatibel zijn met conventionele druktechnieken. Het suspensiemedium voorkomt het instorten van bioinks met een lage viscositeit wanneer ze worden afgezet en maakt de integratie van verschillende bioinks binnen een enkele constructie mogelijk om regionale variaties in chemische en mechanische eigenschappen te creëren die meer lijken op inheems weefsel. Dr. Tom Robertson, een research fellow van de Universiteit van Birmingham, en Dr.Jessica Senior, een research fellow van de University of Huddersfield, zullen de procedure demonstreren.

Schakel om te beginnen de reometer in en plaats 40 millimeter gekartelde geometrieën, zodat deze 30 minuten kan staan. Nul de spleethoogte van de rheometer met behulp van de nul-spleethoogtefunctie. Voeg ongeveer twee milliliter monster toe aan de bodemplaat en laat de bovenste geometrie zakken om een spleethoogte van één millimeter te creëren.

Snijd het monster bij door overtollig materiaal dat tussen de platen wordt verdreven te verwijderen met behulp van een platte, niet-schurende rand om overtollig vocht weg te trekken van de opening en neem het op met tissuepapier. Om de injecteerbaarheid van de bioink te bepalen, voert u viscometrieprofielen uit door Viscometry-test te selecteren uit de gebruikersopties. Voer de parameters in voor een afschuifsnelheidsgestuurde hellingtest van 0,1 tot 500 per seconde met een hellingstijd van één minuut.

Laad een nieuw monster en herhaal het proces om reproduceerbaarheid te garanderen. Om de geleereigenschappen van de bioink te bepalen, werden kleine vervormingstests uitgevoerd door oscillerende tests te selecteren uit de gebruikersopties. Voer parameters in een enkele frequentietest in onder constante spanning, zoals de frequentie van één hertz, stam van 0,5% gedurende een uur terwijl de inkt gels.

Herhaal de viscometriehellingstest op nieuwe monsters onder spanningscontrole met behulp van de bovenste en onderste spanningen die zijn bepaald aan de hand van de afschuifsnelheidsgestuurde hellingtest in stap, zoals eerder is aangetoond. Om in situ amplitude- en frequentiemetingen uit te voeren op gelled monsters, selecteert u een oscillerende test uit de gebruikersopties. Nadat u de amplitudeveeg hebt geselecteerd, voert u de parameters in voor een amplitudeveegtest die wordt gecontroleerd op 0,01 tot 500% bij een constante frequentie van één hertz.

Na het voltooien van de test analyseert u de spectra om het lineaire visco-elastische gebied te bepalen. Laad een nieuw monster op de rheometer en laat het gelen. Selecteer vervolgens een oscillerende test uit de gebruikersopties.

Selecteer frequentietest- en ingangsfrequentieparameters tussen 0,01 en 10 hertz en een stam binnen het lineaire visco-elastische gebied van de spectra bepaald op basis van de eerder verkregen amplitudeveeggegevens. Om CAD-software te starten en het genereren van een CAD-model te starten, selecteert u de optie Extra en klikt u vervolgens op Materialen in de CAD-software om de afdrukparameters voor de gekozen bioink te definiëren. Voer de geschatte filamentdiameter in op het tabblad Dikte om de z-dikte van elke laag te bepalen.

Als u de structuur laag voor laag wilt ontwerpen, gebruikt u de tabbladen Laag in de software, groepeert u de lagen met behulp van het tabblad Groeperen en wijst u elke laag toe aan een niveau op het z-vlak met behulp van het tabblad Niveau. Genereer een roosterstructuur door één laag te maken met de filamenten langs de x-as en een tweede laag langs de y-as en wijs beide toe aan een afzonderlijk niveau. Bepaal op het tabblad Groeperen de bouwhoogte door het aantal herhaalde eenheden in de structuur te selecteren.

Klik vervolgens op het gereedschap Genereren om een G-code voor het ontwerp te maken en een 3D-weergave van de structuur te bekijken. In de bioprinter moet u de bioink in de printcartridge steken en deze in de printkop boven de microklep schroeven. Klik vervolgens op de naaldlengtemeetfunctie om de printkop te kalibreren.

Sluit vervolgens de geassembleerde printkop aan op het pneumatische druksysteem en laad het kweekvat op het printplatform. Zodra een geschikte druk is geselecteerd, opent u de eerder gegenereerde G-code en klikt u op Uitvoeren om het afdrukproces te starten. Zodra het afdrukken van de halsslagader is voltooid, gebruikt u een spuit en naald om twee milliliter 200 millimolair calciumchloridedihydraat rond het construct te injecteren.

Verwijder na minimaal drie uur het vloeistofgelsteunbed rond de constructie en was het voorzichtig in PBS. Verwijder vervolgens de constructie uit het steunbad met behulp van een spatel. Het aanpassen van de printresolutie van alginaat- en collageenroosters als functie van de filamentdiameter via extrusie bij 30, 60 en 120 kilopascal werd waargenomen en de resultaten toonden aan dat de resolutie direct kon worden afgestemd op de veranderingen in de extrusiedruk.

Om een gradiënt van mechanische eigenschappen te bereiken die vergelijkbaar zijn met die in de huid, werden verschillende verhoudingen pectine en collageen gebruikt in de dermale en hypodermale lagen, wat resulteerde in een structuur zonder tekenen van delaminatie. Een hoge mate van levensvatbaarheid van de cellen werd waargenomen in de hele structuur na 14 dagen kweek waarin de materialen verstijfden, wat wijst op remodellering van het materiaal. Voor de reologie is het belangrijk dat het monster correct wordt geladen om reproduceerbare gegevens te garanderen, en voor de bioprinting is het belangrijk dat de structuur volledig verknoopt is voordat deze uit het ondersteunende bed wordt verwijderd.

Het kweken van grootschalige weefselconstructies gedurende langere perioden helpt bij het verkennen van de reactie van de ingebedde cellen op fysieke en chemische stimuli.