Trójwymiarowe wzory biofilmów inżynieryjnych za pomocą biodrukarki zrób to sam

Summary

Ten artykuł opisuje metodę przekształcenia taniej komercyjnej drukarki 3D w bakteryjną drukarkę 3D, która może ułatwić drukowanie wzorzystych biofilmów. Opisano wszystkie niezbędne aspekty przygotowania biodrukarki i biotuszu, a także metody weryfikacji w celu oceny powstawania biofilmów.

Abstract

Biofilmy to agregaty bakterii osadzone w samodzielnie wyprodukowanej matrycy zewnątrzkomórkowej o przestrzennym wzorze. Bakterie w biofilmie rozwijają zwiększoną oporność na antybiotyki, co stanowi potencjalne zagrożenie dla zdrowia, ale może być również korzystne w zastosowaniach środowiskowych, takich jak oczyszczanie wody pitnej. Dalszy rozwój terapii przeciwbakteryjnych i zastosowań inspirowanych biofilmem będzie wymagał opracowania powtarzalnych, możliwych do inżynierii metod tworzenia biofilmu. W ostatnim czasie opracowano nowatorską metodę przygotowania biofilmu przy użyciu zmodyfikowanej drukarki trójwymiarowej (3D) z tuszem bakteryjnym. W tym artykule opisano kroki niezbędne do zbudowania tej wydajnej, taniej biodrukarki 3D, która oferuje wiele zastosowań w przetwarzaniu materiałów indukowanych przez bakterie. Protokół rozpoczyna się od zaadaptowanej komercyjnej drukarki 3D, w której ekstruder został zastąpiony dozownikiem biotuszu podłączonym do systemu pompy strzykawkowej umożliwiającej kontrolowany, ciągły przepływ biotuszu. Aby opracować biotusz odpowiedni do drukowania biofilmów, zmodyfikowane bakterie Escherichia coli zawieszono w roztworze alginianu, tak aby zestalały się w kontakcie z powierzchnią zawierającą wapń. Włączenie substancji chemicznej induktora do podłoża drukarskiego napędza ekspresję białek biofilmu w wydrukowanym biotuszu. Metoda ta umożliwia druk 3D różnych wzorów przestrzennych złożonych z dyskretnych warstw drukowanych biofilmów. Takie kontrolowane przestrzennie biofilmy mogą służyć jako systemy modelowe i mogą znaleźć zastosowanie w wielu dziedzinach, które mają szeroki wpływ na społeczeństwo, w tym między innymi w zapobieganiu oporności na antybiotyki lub oczyszczaniu wody pitnej.

Introduction

Obecnie istnieje rosnąca potrzeba opracowania przyjaznych dla środowiska, zrównoważonych rozwiązań do produkcji materiałów o przestrzennym wzorze, ze względu na rosnącą liczbę rynków dla takich materiałów¹. W artykule przedstawiono prostą, ekonomiczną metodę wytwarzania takich materiałów i dlatego oferuje szerokie spektrum przyszłych zastosowań. Przedstawiona metoda pozwala na trójwymiarowe (3D) drukowanie struktur o wzorze przestrzennym przy użyciu biotuszu zawierającego żywe bakterie. Bakterie pozostają żywe w wydrukowanych strukturach przez ponad tydzień, umożliwiając im wykonywanie naturalnych lub zmodyfikowanych czynności metabolicznych. D....

Protocol

1. Konwersja komercyjnej drukarki 3D na biodrukarkę 3D

1. Wyjmij ekstruder i grzałkę komercyjnej drukarki 3D (Tabela materiałów) z ramy drukarki i odłącz okablowanie sterujące tymi elementami od głównej płytki drukowanej (Rysunek 1A). Ponieważ czujnik kontrolujący temperaturę roboczą drukarki musi być funkcjonalny, aby komunikować się z oprogramowaniem drukarki, należy usunąć z oprogramowania drukowania algorytm, który opóźnia drukowanie do momentu osiągnięcia temperatury roboczej.
2. Podłączyć końcówkę pipety (końcówka 200 μl) za pomocą silikonowej rurki (średnica wewnętrzna 1 mm) do strzykawki o pojemnośc....

Results

Pierwszym krokiem do udanego druku 3D biofilmów jest przekształcenie komercyjnej drukarki 3D w biodrukarkę. Konwersja ta osiąga się poprzez usunięcie ekstrudera i grzałki drukarki, przeznaczonych do drukowania tuszem polimerowym, i zastąpienie ich komponentami odpowiednimi do drukowania biotuszu zawierającego żywe bakterie (Rysunek 1A). Wytłaczarka jest zastąpiona końcówką pipety (lub końcówkami, jeśli w procesie drukowania będzie używanych wiele biotuszów) podłączoną .......

Discussion

Przedstawiony tutaj protokół drukowania 3D zmodyfikowanych biofilmów składa się z dwóch krytycznych etapów. Pierwszym z nich jest przygotowanie powierzchni drukowania agaru, która jest najbardziej krytycznym czynnikiem dla uzyskania określonej rozdzielczości druku. Ważne jest, aby upewnić się, że powierzchnia drukowania jest płaska, a końcówka pipety na głowicy drukującej znajduje się na odpowiedniej wysokości od powierzchni. Jeśli powierzchnia nie jest płaska, odległość robocza zmieni się podczas procesu drukowania. Jeś.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Drukarka 3D	CoLiDo	3D-P Kit Oprogramowanie
do druku 3D	CoLiDo	Print-Rite ColiDo Repetier-Host v2.0.1
Agar	Sigma-Aldrich	05040
CaCl2 dihydrat	Sigma-Aldrich	C7902
Wirówka	Eppendorf	5810 R
Chloramfenikol	Sigma-Aldrich	3886.1
LB bulion w proszku	Sigma-Aldrich	L3022
Wytrząsarka orbitalna	VWR	89032-092	Model 3500
szalka Petriego	VWR	25384-326	150 x 15 mm
Rhamnose	Sigma-Aldrich	83650
Rurka silikonowa	VWR	DENE 3100103/25
Pompa strzykawkowa	ProSense B.V.	NE-300
Alginian sodu	Sigma-Aldrich	W201502
Monozasadowy cytrynian sodu	Sigma-Aldrich	71498
Wodorotlenek sodu	VWR	28244.295