Method Article

Żywotność biodrukowanych konstruktów komórkowych przy użyciu drukarki kartezjańskiej z trzema dozownikami

DOI:

10.3791/53156

⸱

September 22nd, 2015

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Surgery, Medical University of South Carolina, 2Department of Regenerative Medicine and Cell Biology, Medical University of South Carolina, 3Department of Bioengineering, Clemson University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

A kartezjańska biodrukarka została zaprojektowana i wyprodukowana, aby umożliwić osadzanie wielu materiałów w precyzyjnych, powtarzalnych geometriach, jednocześnie umożliwiając kontrolę czynników środowiskowych. Korzystając z trójwymiarowej biodrukarki, można drukować i łatwo odtwarzać złożone i żywotne konstrukcje.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Inżynieria tkankowa skupiła się na budowie zamienników dla niefunkcjonalnych lub uszkodzonych tkanek. Wykorzystanie trójwymiarowego biodruku w inżynierii tkankowej stworzyło nowe metody drukowania komórek i matryc w celu wytwarzania biomimetycznych konstruktów tkankowych. Metoda wytwarzania brył o swobodnych kształtach (SFF) opracowana na potrzeby trójwymiarowego biodruku wykorzystuje podejście do wytwarzania przyrostowego polegające na osadzaniu kropelek komórek i hydrożeli warstwa po warstwie. Produkcja biodruku jest zależna od specyficznego rozmieszczenia materiałów biologicznych w trójwymiarowych architekturach, a wydrukowane konstrukty powinny ściśle naśladować złożoną organizację komórek i macierzy zewnątrzkomórkowych w tkance natywnej. W artykule zwrócono uwagę na zastosowanie drukarki Palmetto, biodrukarki kartezjańskiej, a także proces wytwarzania przestrzennie zorganizowanych, żywotnych konstrukcji, przy jednoczesnym umożliwieniu kontroli czynników środowiskowych. Metodologia ta wykorzystuje projektowanie wspomagane komputerowo i produkcję wspomaganą komputerowo do wytwarzania tych specyficznych i złożonych geometrii. Wreszcie, takie podejście pozwala na powtarzalną produkcję gotowych konstrukcji zoptymalizowanych pod kątem kontrolowanych parametrów drukowania.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Inżynieria tkankowa wykorzystuje zasady biologii i inżynierii do opracowywania funkcjonalnych substytutów w celu utrzymania, przywrócenia lub ulepszenia rodzimej tkanki i . Zdolność do generowania trójwymiarowych konstruktów biomimetycznych na żądanie ułatwiłaby postęp naukowy i technologiczny w inżynierii tkankowej, a także w czujnikach komórkowych, badaniach przesiewowych leków/toksyczności, modelach tkanek lub nowotworów i innych. Trójwymiarowa organizacja konstruktów inżynierii tkankowej jest podstawowym elementem metody wytwarzania, ponieważ musi ściśle naśladować wysoce zorganizowaną interakcję komórek i macierzy zewnątrzkomórkowej w tkance natywnej.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Przygotowanie substratu zawierającego żelatynę do trójwymiarowego biodruku hydrożeli alginianowych

  1. Przygotować substrat wapń/żelatyna zgodnie z metodą substratu wapń/żelatyna opisaną przez Pataky i wsp.11, aby uniknąć zmniejszonej żywotności związanej z wysoką zawartością. Metoda substratu wapń/żelatyna jest wymieniona poniżej.
    1. Połączyć odwodniony chlorek wapnia (1,5 m), chlorek sodu (0,9 % wag.) i żelatynę wieprzową (2 % wag.) w wodzie destylowanej i gotować przez 2 minuty, aby uzyskać 100 mM roztworu żelatyny.
  2. Wlać 5 ml roztworu żelatyny/wapnia do standardowych szalek Petriego o średnicy 100 mm, ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wyniki pokazują, że biodrukarka jest w stanie umieszczać hydrożele z komórkami w określonych miejscach trójwymiarowych dokładnie i konsekwentnie za pomocą oprogramowania wspomaganego komputerowo. Oprogramowanie to określa położenie każdej kropli i kontroluje wiele parametrów dozowania (rysunek 3,4). Powtarzalność biodrukarki w zakresie odpowiedniego osadzania biomateriałów ma fundamentalne znaczenie dla jej sukcesu w zastosowaniach inżynierii tkankowej.

Żywotność komórek, jede.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Głównym celem inżynierii tkankowej jest wypełnienie luki między niedoborem narządów a potrzebami transplantacyjnymi poprzez opracowanie biologicznych substytutów zdolnych do przywrócenia, utrzymania lub poprawy funkcji tkanek natywnych. Doprowadziło to do bezpośredniego wytwarzania rusztowań o złożonej, anatomicznie poprawnej geometrii zewnętrznej i precyzyjnej kontroli nad wewnętrznym geometrem. Bioprinting trójwymiarowy to metodologia stosowana do generowania trójwymiarowych konstrukcji o różnych rozmiarach i kształtac.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ta praca była wspierana przez wsparcie rządowe w ramach grantu nr. EPS-0903795 przyznany przez National Science Foundation, NIH NIDCR R01-DE019355 (MJY PI) oraz Grant 8P20 GM103444 (YM PI).

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Robot pozycjonujący (JR2000 XYZ)Janome 
Dozowniki: SDAV Napęd liniowy Inteligentne dozownikiFishman Corporation
Optyczne czujniki światła: Keyensce
Laser wyporowy: OD MiniSICK
Recyrkulacyjna kąpiel wodna: PolystatCole-ParmerEW-12122-02
Kamery USB: Dino-Lite Premier 5MPAnMo Electrionics/YSC TechnologiesAD7013MT
Kompatybilne z drukarką oprogramowanie do projektowania komputerowego: JR-C PointsJanomeW zestawie z zakupem robota Janome
Oprogramowanie do rysowania wspomaganego komputerowo: Visual PathBuilderRatioServMożna pobrać pod adresem: www.ratioserv.com/index.php/downloads
Drukarka 3 cc Strzykawki: Fishman Corporation122051
22 G Końcówki dozownikaFishman CorporationZ520122 
Chlorek wapnia dwuwodnySigma-Aldrich10035-04-8
Chlorek soduSigma-Aldrich7647-14-5
Żelatyna wieprzowaSigma-Aldrich9000-70-8
Dwutlenek tytanuSigma-Aldrich13462-67-7
Protanal LF 20/40 Alginian (alginian sodu)FMC BioPolymer9005-38-3
Kwas solnySigma-Aldrich7647-01-0
Glikol etylenowyMallinckrodt Baker, Inc9300-01
Periodynian soduSigma-Aldrich7790-28-5
hADSCLonzaPT-5006Przechowywać w fiolkach w ciekłym azocie do czasu użycia.
Zmodyfikowany Dulbecco's Eagle's MediumGibco Life Technologies11965-092Ciepły w 37 stopniach; C woda przed użyciem.
Trypsyna/EDTALonzaCC-5012Ciepły w 37 stopniach; C woda przed użyciem.
Calcein AMGibco Life TechnologiesC3100MPPrzechowywać w ciemności w temperaturze -80 stopni; C do momentu użycia.
Zestaw do oznaczania żywotności żywych/martwych ssakówInvitrogen Life TechnologiesL-3224Przechowywać w ciemności w temperaturze -80 stopni Celsjusza; C do momentu użycia.
MES HydratSigma-AldrichM2933
N-hydroksysukcynimidSigma-Aldrich130672
1-etylo-(dimetyloaminopropylo)karbodimid (EDC)Sigma-AldrichE1769 10 gramów
Sól fizjologiczna buforowana fosforanami firmy Dulbecco, +Wapń, +Technologie MagnezuŻycia14040133ciepła w 37 stopniach; C woda przed użyciem.
Sól fizjologiczna buforowana fosforanami Dulbecco, -wapń, -magnezLife Technologies14190144ciepła w 37 stopniach; C woda przed użyciem.
RGD PeptidesInternational Peptides
Alexa Fluor 546 Phalloidin StainInvitrogen Life TechnologiesA22283Przechowywać pod adresem -20 & C do czasu użycia
(4', 6-diamidyno-2-fenyloindol, dichlorowodorek) (DAPI) StainLife TechnologiesR37606Przechowywać w temperaturze -20 &; C do momentu użycia

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Langer, R., Vacanti, J. P. Tissue Engineering. Science. 260 (5110), 920-926 (1993).
  2. Derby, B. Review: Printing and Prototyping of Tissues and Scaffolds. Science. 338 (6109), 921-926 (2012).
  3. Kachurin, A. M., et al. Direct-Write Construction of Tissue-....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Bioprinted Cellular ConstructsThree Dispenser PrinterHuman Adipose Tissue Stromal CellsOxidized RGD Conjugated Alginate Bio InkConfocal Microscopy AnalysisCell Viability Proliferation MigrationComputer Aided Design ManufacturingSolid Freeform Fabrication MethodSpatially Organized ConstructsReproducible Production Parameters

Related Articles