Ingebedde bioprinting van weefselachtige structuren met behulp van κ-carrageen sub-microgelmedium
3 mei 2024
Deze studie introduceert een nieuw κ-carrageen sub-microgel suspensiebad, dat opmerkelijke omkeerbare jamming-unjamming overgangseigenschappen vertoont. Deze eigenschappen dragen bij aan de opbouw van biomimetische weefsels en organen in ingebedde 3D-bioprinting. Het succesvol printen van hart-/slokdarmachtige weefsels met hoge resolutie en celgroei demonstreert hoogwaardige bioprinting- en tissue engineering-toepassingen.
3D-bioprinten in een suspensiebad op basis van microgel heeft een veelzijdig platform geboden voor het fabriceren van complexe 3D-structuren met behulp van zachte hydrogels, maar het wordt nog steeds beperkt door de lage printresolutie en nauwkeurigheid, waardoor de praktische toepassingen van de geprinte producten in tissue engineering worden belemmerd. De huidige microgelbaden vertonen vaak grote afmetingen en slechte dispersies, wat resulteert in een grote diameter en een onregelmatige morfologie van de geprinte filamenten. Daarom vormt het een grote uitdaging bij het bereiden van een microgelbad met een kleine deeltjesgrootte en een uniforme morfologie.
Dit protocol biedt de fabricage van een homogeen en biocompatibel kationisch verknoopt kappa-carrageen sub-microgelbad voor high-fidelity bioprinting, door middel van een eenvoudig te bedienen mechanische maalstrategie, aangezien kappa-carrageen sub-microgels een uniforme methodologie vertonen met een kleine deeltjesgrootte van 565 nanometer en een lage toestand van 0,35%, waardoor nauwkeurige weefsel- en orgaanconstructie met opmerkelijke getrouwheid en hoge resolutie mogelijk is.
Overzicht
Deze studie introduceert een nieuw κ-carrageenan sub-microgel suspensiebad, dat opmerkelijke omkeerbare jamming-unjamming overgangseigenschappen vertoont. Deze kenmerken verbeteren de constructie van biomimetische weefsels en organen bij embedded 3D-bioprinten, wat hoogwaardige toepassingen in tissue engineering aantoont.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk gebied
- 3D-bioprinten
- Tissue Engineering
- Biomaterialen
Achtergrond
- Op microgels gebaseerde suspensiebaden worden gebruikt voor het vervaardigen van complexe 3D-structuren.
- Huidige microgelbaden kampen met problemen zoals een lage printresolutie en accuratesse.
- Grote afmetingen en een slechte dispersie van microgels belemmeren praktische toepassingen.
- Er is behoefte aan een microgelbad met een kleine partikelgrootte en een uniforme morfologie.
Doel van de studie
- Om een homogeen en biocompatibel κ-carrageen sub-microgelbad te vervaardigen.
- Om bioprinten met een hoge getrouwheid te bereiken via een mechanische maalstrategie.
- Om nauwkeurige constructie van weefsels en organen met een hoge resolutie mogelijk te maken.
Gebruikte methoden
- Bereiding van κ-carrageenanpoeder in PBS.
- Mechanisch malen om een kleine deeltjesgrootte te bereiken.
- Beoordeling van de printresolutie en getrouwheid.
- Evaluatie van de celgroei in geprinte weefsels.
Belangrijkste resultaten
- κ-carrageenan sub-microgels vertonen een uniforme deeltjesgrootte van 565 nanometers.
- Succesvolle print van hart- en slokdarmachtig weefsel is aangetoond.
- Hoge resolutie en celgroei zijn waargenomen in de geprinte structuren.
- Omkeerbare jamming-unjamming overgangseigenschappen zijn genoteerd.
Conclusies
- Het κ-carrageen sub-microgelbad is effectief voor hoogwaardige bioprinting.
- Het pakt uitdagingen bij de bereiding van microgelbaden aan.
- Deze aanpak kan toepassingen in tissue engineering aanzienlijk bevorderen.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Directie
Hogeresolutie embedded 3D-bioprinten met behulp van κ-carrageen sub-microgelbaden pakt een kritieke flessenhals in tissue engineering aan door de precieze en reproduceerbare fabricage van complexe weefselachtige structuren mogelijk te maken. Deze innovatie verhoogt het voorspellende vertrouwen bij de ontwikkeling van weefselconstructs in een vroeg stadium en ondersteunt robuuste translationele workflows voor engineered weefsel- en orgaanmodellen. De aanpak is strategisch gepositioneerd om de overgang van ontdekking naar preklinisch onderzoek te beïnvloeden door de kwaliteit en biologische relevantie van de constructs te verbeteren.
Strategische Toepassingen in Biofarma R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Maakt onderzoek naar cel-matrixinteracties in gecontroleerde 3D-omgevingen mogelijk.
- Ondersteunt de functionele validatie van weefselspecifieke bio-inkten en celtypen.
- Faciliteert mechanische risicoreductie door het leveren van reproduceerbare constructen met een hoge resolutie.
Screening & Assayontwikkeling
- Bereidt gestandaardiseerde, biomimetische weefselsteigers voor voor downstream compound-screening.
- Levert reproduceerbare en kwantitatieve resultaten door een uniforme microgeldeeltjesgrootte.
- Maakt schaalbare assayplatformen mogelijk door ondersteuning van meerlaagse, architecturaal gedefinieerde constructen.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Lijnt genetisch gemodificeerde constructen uit met ziekte-relevante weefselarchitectuur voor translationele studies.
- Behoudt een hoge celviabiliteit en proliferatie, wat de ontwikkeling van preklinische modellen ondersteunt.
- Zorgt voor continuïteit van ontdekking tot preklinische validatie door het mogelijk maken van de verwijdering van het ondersteuningsmedium na het printen.
Integratie van Pipeline & Workflow
Deze methode voor κ-carrageenan sub-microgels integreert het proces van vroege ontdekking tot lead-identificatie en preklinisch onderzoek, ter ondersteuning van de ontwikkeling van hypothesegestuurde weefselmodellen en assay-gereedheid.
- Ontdekkingsbiologie: Ondersteunt hypothesetoetsing en het verduidelijken van signaalpaden door het mogelijk maken van nauwkeurige 3D-weefselconstructies.
- Screening: Biedt reproduceerbare, hoge-resolutie scaffolds voor betrouwbare evaluatie van verbindingen.
- Analytics: Levert kwantitatieve read-outs van cellevensvatbaarheid, morfologie en proliferatie binnen engineered weefsels.
- Translationeel onderzoek: Faciliteert afstemming met ziekterelevante weefselmodellen voor preklinische studies.
- Enterprise-hergebruik: Biedt een gestandaardiseerd, schaalbaar platform voor herhaald gebruik in meerdere R&D-programma's.
Operationele & bedrijfsmatige impact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen en vermindert mechanistische ambiguïteit bij de ontwikkeling van weefselmodellen.
- Operationele waarde: Verbetert de standaardisatie, reproduceerbaarheid en schaalbaarheid van 3D-bioprinting-workflows.
- Strategische waarde: Verbetert de kwaliteit van go/no-go-beslissingen en de kapitaalefficiëntie door biologische risico's in een laat stadium te verminderen.
- Impact op portfolio: Maakt risicogebaseerde prioritering en verdere ontwikkeling van weefselkweekprogramma's mogelijk.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in 3D-bioprinten en hydrogelformulering.
- Toegang tot extrusie-gebaseerde bioprinters en instrumentatie voor controle van de deeltjesgrootte is noodzakelijk.
- Standaardisatie tussen teams is vereist voor de reproduceerbare fabricage van constructen.
- Aanpasbaar aan diverse celtypen en bio-inkten, rekening houdend met de compatibiliteit.
- Uniformiteit van de deeltjesgrootte en de eigenschappen van de gel-sol-transitie moeten worden gehandhaafd voor optimale resultaten.
Veelgestelde vragen over biofarma
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:23
Preparation of the κ-Carrageenan Sub‐Microgel Suspension Bath for Embedded 3D Printing
2:25
Printing Biomimetic Hydrogel Scaffolds Using a Custom‐Designed Micro‐Extrusion Bioprinter
3:50
Embedded 3D Bioprinting of Esophageal Muscle‐Layer Analogs for Tissue Engineering
