Name: Przygotowanie i charakterystyka biohybrydowego biotuszu hydrożelowego 3D na bazie grafenu do neuroinżynierii obwodowej (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-05-16T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 17 s
Description: Poznaj metodę przygotowania biohybrydowego biotuszu hydrożelowego z grafenem do druku 3D w neuroinżynierii obwodowej. Technika ta umożliwia różnicowanie komórek macierzystych w strukturach trójwymiarowych.

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

Gracen użyty w tym badaniu został opracowany na Wydziale Inżynierii Mechanicznej Uniwersytetu Kirklareli. Został on podarowany przez dr Karabeyoğlu. Test toksyczności grafenu został sfinansowany ze środków projektu pt. "Printing and Differentiation of Mesenchymal Stem Cells on 3D Bioprinters with Graphene Doped Bioinks" (nr wniosku: 1139B411802273) realizowanego w ramach TÜBİTAK 2209-B-Industry-Oriented Undergraduate Thesis Support Program. Druga część badania została wsparta przez fundusz badawczy zapewniony przez Projekty Naukowo-Badawcze Uniwersytetu Technicznego Yildiz (TSA-2021-4713). Mezenchymalne komórki macierzyste z GFP wykorzystywane w obrazowaniu poklatkowym zostały przekazane przez firmę Virostem Biotechnology. Autorzy dziękują Darıcı LAB i zespołowi YTU The Cell Culture and Tissue Engineering LAB za owocne dyskusje.

<ol><li>Kamasak, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Peripheral+Nerve+Injuries+and+Physiotherapy%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Physiotherapy%22%5BJournal%5D)">Peripheral Nerve Injuries and Physiotherapy.</a> Clinical Physiotherapy. 19, Vize Publishing, Istanbul. (2019).</li>
<li>Yegiyants, S., Dayicioglu, D., Kardashian, G., Panthaki, Z. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Traumatic+peripheral+nerve+injury%3A+A+wartime+review%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Craniofacial+Surgery%22%5BJournal%5D)">Traumatic peripheral nerve injury: A wartime review.</a> Journal of Craniofacial Surgery. 21 (4), 998-1001 (2010).</li>
<li>Mushtaq, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frequency+of+peripheral+nerve+injury+in+trauma+in+emergency+settings%5BTitle%5D)+AND+%22Cureus%22%5BJournal%5D)">Frequency of peripheral nerve injury in trauma in emergency settings.</a> Cureus. 13 (3), 14195(2021).</li>
<li>Allahverdiyev, A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAllahverdiyev%2C+A+%22Basic+Principles+of+Somatic+and+Stem+Cell+Culture+Systems%2C+1st+Edition%22">Basic Principles of Somatic and Stem Cell Culture Systems, 1st Edition</a>. , Nobel Medicine Bookstore. Istanbul. (2018).</li>
<li>Allahverdiyev, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adipose+tissue-derived+mesenchymal+stem+cells+as+a+new+host+cell+in+latent+leishmaniasis%5BTitle%5D)+AND+%22The+American+Journal+of+Tropical+Medicine+and+Hygiene%22%5BJournal%5D)">Adipose tissue-derived mesenchymal stem cells as a new host cell in latent leishmaniasis.</a> The American Journal of Tropical Medicine and Hygiene. 85 (3), 535-539 (2011).</li>
<li>Schofield, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+relationship+between+the+spleen+colony-forming+cell+and+the+hemopoietic+stem+cell%5BTitle%5D)+AND+%22Blood+Cells%22%5BJournal%5D)">The relationship between the spleen colony-forming cell and the hemopoietic stem cell.</a> Blood Cells. 4 (1-2), 7-25 (1978).</li>
<li>Goodman, S. R. Stem Cells and Regenerative Medicine (Chapter 13). <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGoodman%2C+SR+%22Goodman%27s+Medical+Cell+Biology%2C+Fourth+Edition%22">Goodman's Medical Cell Biology, Fourth Edition</a>. , Academic Press. 361-380 (2021).</li>
<li>Kaya, T. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tissue+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Medical+Sciences%22%5BJournal%5D)">Tissue engineering.</a> International Journal of Medical Sciences. 1 (48), 165-169 (2018).</li>
<li>Sensharma, P., Madhumathi, R. G., Jayant, R. D., Jaiswal, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomaterials+and+cells+for+neural+tissue+engineering%3A+Current+choices%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Science+and+Engineering%3A+C%22%5BJournal%5D)">Biomaterials and cells for neural tissue engineering: Current choices.</a> Materials Science and Engineering: C. 7, 1302-1315 (2017).</li>
<li>Hölzl, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bioink+properties+before%2C+during%2C+and+after+3D+bioprinting%5BTitle%5D)+AND+%22Biofabrication%22%5BJournal%5D)">Bioink properties before, during, and after 3D bioprinting.</a> Biofabrication. 8 (3), 032002(2016).</li>
<li>Zheng, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((2D+nanomaterials+for+tissue+engineering+and+regenerative+nanomedicines%3A+Recent+advances+and+future+challenges%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Healthcare+Materials%22%5BJournal%5D)">2D nanomaterials for tissue engineering and regenerative nanomedicines: Recent advances and future challenges.</a> Advanced Healthcare Materials. 10 (7), 2001743(2021).</li>
<li>Shin, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphene-based+materials+for+tissue+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Drug+Delivery+Reviews%22%5BJournal%5D)">Graphene-based materials for tissue engineering.</a> Advanced Drug Delivery Reviews. 105, 255-274 (2016).</li>
<li>Chen, M., Qin, X., Zeng, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biodegradation+of+carbon+nanotubes%2C+graphene%2C+and+their+derivatives%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+in+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">Biodegradation of carbon nanotubes, graphene, and their derivatives.</a> Trends in Biotechnology. 35 (9), 836-846 (2017).</li>
<li>Chen, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((PAM%2FGO%2FGel%2FSA+composite+hydrogel+conduit+with+bioactivity+for+repairing+peripheral+nerve+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Materials+Research+Part+A%22%5BJournal%5D)">PAM/GO/Gel/SA composite hydrogel conduit with bioactivity for repairing peripheral nerve injury.</a> Journal of Biomedical Materials Research Part A. 107, 1273-1283 (2019).</li>
<li>Chiriac, S., Facca, S., Diaconu, M., Gouzou, S., Liverneaux, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experience+of+using+the+bioresorbable+copolyester+poly%28DL-lactide-%CE%B5-caprolactone%29+nerve+conduit+guide+Neurolac%E2%84%A2+for+nerve+repair+in+peripheral+nerve+defects%3A+Report+on+a+series+of+28+lesions%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Hand+Surgery+%28European+Volume%29%22%5BJournal%5D)">Experience of using the bioresorbable copolyester poly(DL-lactide-ε-caprolactone) nerve conduit guide Neurolac™ for nerve repair in peripheral nerve defects: Report on a series of 28 lesions.</a> Journal of Hand Surgery (European Volume). 37 (4), 342-349 (2011).</li>
<li>Karaaltin, A. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+olfactory+stem+cells+for+injured+facial+nerve+reconstruction+in+a+rat+model%29%5BTitle%5D)+AND+%22Head+%26+Neck%22%5BJournal%5D)">Human olfactory stem cells for injured facial nerve reconstruction in a rat model).</a> Head & Neck. 38, 2011-2020 (2016).</li>
<li>Bingham, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stem+cell+therapy+to+promote+limb+function+recovery+in+peripheral+nerve+damage+in+a+rat+model%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Medicine+and+Surgery%22%5BJournal%5D)">Stem cell therapy to promote limb function recovery in peripheral nerve damage in a rat model.</a> Annals of Medicine and Surgery. 41, 20-28 (2019).</li>
<li>Zhuang, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gelatin-methacrylamide+gel+loaded+with+microspheres+to+deliver+GDNF+in+bilayer+collagen+conduit+promoting+sciatic+nerve+growth%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Nanomedicine%22%5BJournal%5D)">Gelatin-methacrylamide gel loaded with microspheres to deliver GDNF in bilayer collagen conduit promoting sciatic nerve growth.</a> International Journal of Nanomedicine. 11, 1383-1394 (2016).</li>
<li>Scheib, J., Hoke, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advances+in+peripheral+nerve+regeneration%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews%3A+Neurology%22%5BJournal%5D)">Advances in peripheral nerve regeneration.</a> Nature Reviews: Neurology. 9 (12), 668-676 (2013).</li>
<li>Yurie, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+efficacy+of+a+scaffold-free+bio+3D+conduit+developed+from+human+fibroblasts+on+peripheral+nerve+regeneration+in+a+rat+sciatic+nerve+model%5BTitle%5D)+AND+%22PLOS+ONE%22%5BJournal%5D)">The efficacy of a scaffold-free bio 3D conduit developed from human fibroblasts on peripheral nerve regeneration in a rat sciatic nerve model.</a> PLOS ONE. 12 (2), 0171448(2017).</li>
<li>Guo, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+the+green+florescence+protein+labeling+method+for+tracking+implanted+mesenchymal+stem+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Cytotechnology%22%5BJournal%5D)">Assessment of the green florescence protein labeling method for tracking implanted mesenchymal stem cells.</a> Cytotechnology. 64 (4), 391-401 (2012).</li>
<li>Kose, C., Kacar, R., Zorba, A. P., Bagirova, M., Allahverdiyev, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+CO2+laser+beam+welded+AISI+316L+austenitic+stainless+steel+on+the+viability+of+fibroblast+cells%2C+in+vitro%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Science+and+Engineering%3A+C%22%5BJournal%5D)">The effect of CO2 laser beam welded AISI 316L austenitic stainless steel on the viability of fibroblast cells, in vitro.</a> Materials Science and Engineering: C. 60, 211-218 (2016).</li>
<li>Liu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bio-adenine-bridged+molecular+design+approach+toward+non-covalent+functionalized+graphene+by+liquid-phase+exfoliation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Science%22%5BJournal%5D)">Bio-adenine-bridged molecular design approach toward non-covalent functionalized graphene by liquid-phase exfoliation.</a> Journal of Materials Science. 55, 140-150 (2020).</li>
<li>Rehman, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reduced+graphene+oxide+incorporated+GelMA+hydrogel+promotes+angiogenesis+for+wound+healing+applications%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Nanomedicine%22%5BJournal%5D)">Reduced graphene oxide incorporated GelMA hydrogel promotes angiogenesis for wound healing applications.</a> International Journal of Nanomedicine. 14, 9603-9617 (2019).</li>
<li>Bei, H. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphene-based+nanocomposites+for+neural+tissue+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Molecules%22%5BJournal%5D)">Graphene-based nanocomposites for neural tissue engineering.</a> Molecules. 24 (4), 658(2019).</li>
<li>Othman, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Alginate-gelatin+bioink+for+bioprinting+of+HeLa+spheroids+in+alginate-gelatin+hexagon-shaped+scaffolds%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer+Bulletin%22%5BJournal%5D)">Alginate-gelatin bioink for bioprinting of HeLa spheroids in alginate-gelatin hexagon-shaped scaffolds.</a> Polymer Bulletin. 78, 6115-6135 (2021).</li>
<li>Peng, X. L., Li, Y., Zhang, G., Zhang, F., Fan, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functionalization+of+graphene+with+nitrile+groups+by+cycloaddition+of+tetracyanoethylene+oxide%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Nanomaterials%22%5BJournal%5D)">Functionalization of graphene with nitrile groups by cycloaddition of tetracyanoethylene oxide.</a> Journal of Nanomaterials. 2013, 841789(2013).</li>
<li>Zorba Yildiz, A. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+therapeutic+approaches+for+peripheral+nerve+damage%5BTitle%5D)+AND+%229th+International+Molecular+Biology+and+Biotechnology+Congress+Abstract+Book%22%5BJournal%5D)">3D therapeutic approaches for peripheral nerve damage.</a> 9th International Molecular Biology and Biotechnology Congress Abstract Book. , E- ISBN: 978-605-70057-4-8 (2020).</li>
<li>Liau, L. L., Ruszymah, B. H. I., Ng, M. H., Law, J. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characteristics+and+clinical+applications+of+Wharton%27s+jelly-derived+mesenchymal+stromal+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Research+in+Translational+Medicine%22%5BJournal%5D)">Characteristics and clinical applications of Wharton's jelly-derived mesenchymal stromal cells.</a> Current Research in Translational Medicine. 68 (1), 5-16 (2020).</li>
<li>Yoo, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Augmented+peripheral+nerve+regeneration+through+elastic+nerve+guidance+conduits+prepared+using+a+porous+PLCL+membrane+with+a+3D+printed+collagen+hydrogel%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials+Science%22%5BJournal%5D)">Augmented peripheral nerve regeneration through elastic nerve guidance conduits prepared using a porous PLCL membrane with a 3D printed collagen hydrogel.</a> Biomaterials Science. 22, 1-12 (2020).</li>
<li>Jansen, K., Meek, M. F., vander Werff, J. F. A., van Wachem, P. B., van Luyn, M. J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-term+regeneration+of+the+rat+sciatic+nerve+through+a+biodegradable+poly+%28DL-lactide-%C6%90-caprolactone%29+nerve+guide%3A+Tissue+reactions+with+a+focus+on+collagen+III%2FIV+reformation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Materials+Research%22%5BJournal%5D)">Long-term regeneration of the rat sciatic nerve through a biodegradable poly (DL-lactide-Ɛ-caprolactone) nerve guide: Tissue reactions with a focus on collagen III/IV reformation.</a> Journal of Biomedical Materials Research. 69 (2), 334-341 (2016).</li>
<li>Pathre, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((PTP1B+regulates+neurite+extension+mediated+by+cell-cell+and+cell-matrix+adhesion+molecules%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Research%22%5BJournal%5D)">PTP1B regulates neurite extension mediated by cell-cell and cell-matrix adhesion molecules.</a> Journal of Neuroscience Research. 15, 143-150 (2001).</li>
<li>Qing, L., Chen, H., Tang, J., Jia, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Exosomes+and+their+microRNA+cargo%3A+New+players+in+peripheral+nerve+regeneration%5BTitle%5D)+AND+%22Neurorehabilitation+and+Neural+Repair%22%5BJournal%5D)">Exosomes and their microRNA cargo: New players in peripheral nerve regeneration.</a> Neurorehabilitation and Neural Repair. 32 (9), 765-776 (2018).</li>
</ol>

Autorzy oświadczają, że nie występuje konflikt interesów. Projekt został zrealizowany we współpracy z firmą HD Bioink, twórcą technologii biodruku 3D.

Zalety zabiegów stosowanych za pomocą inżynieryjnych rusztowań 3D w porównaniu z konwencjonalnymi metodami 2D stają się z dnia na dzień coraz bardziej zauważalne. Komórki macierzyste stosowane samodzielnie w tych terapiach lub wraz z rusztowaniami wytwarzanymi z różnych biomateriałów o niskiej biokompatybilności i biodegradowalności są zwykle niewystarczające w regeneracji nerwów obwodowych. Mezenchymalne komórki macierzyste Whartona (WJ-MSC) wydają się być odpowiednim kandydatem na linię komórkową, zwłaszcza biorąc pod ...

Układ nerwowy, który jest mechanizmem łączącym wewnętrzną strukturę organizmu i środowiska, dzieli się na dwie części: centralny i obwodowy układ nerwowy. Uszkodzenie nerwów obwodowych jest globalnym problemem, który stanowi 1,5%-5% pacjentów, którzy zgłaszają się na oddział ratunkowy i rozwija się z powodu różnych urazów, prowadząc do znacznej utraty pracy1,2,3.
Dzisiaj bardzo interesujące są podejścia komórkowe do neuroinżynierii obwodowej. Komórki macierzyste zajmują pierwsze miejsce wśród komórek stosowanych w tych podejściach. W normalnych warunkach komórki macierzyste są komórkami regeneracyjnymi organizmu, a ich liczba i funkcje nie zmniejszają się z czasem, aby chronić ich populacje; Komórki te są wyspecjalizowane, ale mogą różnicować się po odpowiedniej stymulacji w odpowiedzi na uraz4,5. Zgodnie z hipotezą komórek macierzystych, układ komórek macierzystych znajduje się pod wpływem swojego mikrośrodowiska, zwanego niszą komórek macierzystych. Zachowanie i różnicowanie komórek macierzystych jest niemożliwe bez obecności ich mikrośrodowiska6, które można odtworzyć za pomocą inżynierii tkankowej przy użyciu komórek i rusztowań7. Inżynieria tkankowa to multidyscyplinarna dziedzina, która obejmuje zarówno zasady inżynierii, jak i biologii. Inżynieria tkankowa dostarcza narzędzi do tworzenia sztucznych tkanek, które mogą zastąpić żywe tkanki i mogą być wykorzystywane do regeneracji tych tkanek poprzez usuwanie uszkodzonych tkanek i dostarczanie funkcjonalnych tkanek8. Rusztowania tkankowe, jeden z trzech filarów inżynierii tkankowej, są produkowane przy użyciu różnych metod z materiałów naturalnych i syntetycznych9. Druk trójwymiarowy (3D) to rozwijająca się technologia wytwarzania przyrostowego, która jest szeroko stosowana do zastępowania lub przywracania uszkodzonych tkanek poprzez prostą, ale wszechstronną produkcję skomplikowanych kształtów przy użyciu różnych metod. Bioprinting to metoda wytwarzania przyrostowego, która umożliwia współistnienie komórek i biomateriałów, zwanych bioinks10. Biorąc pod uwagę wzajemne oddziaływanie komórek nerwowych, badania przeniosły się na kandydatów na biomateriały przewodzące, takie jak grafen. Nanopłytki grafenowe, które mają takie właściwości, jak elastyczna elektronika, superkondensatory, baterie, optyka, czujniki elektrochemiczne i magazynowanie energii, są preferowanym biomateriałem w dziedzinie inżynierii tkankowej11. Grafen został wykorzystany w badaniach, w których przeprowadzono proliferację i regenerację uszkodzonych tkanek i narządów12,13.
Inżynieria tkankowa składa się z trzech podstawowych elementów budulcowych: rusztowania, komórek i cząsteczek biosygnału. W badaniach nad uszkodzeniem nerwów obwodowych występują braki w zakresie całkowitego zapewnienia tych trzech struktur. W biomateriałach produkowanych i wykorzystywanych w badaniach napotkano różne problemy, takie jak zawieranie przez nie wyłącznie komórek macierzystych lub cząsteczek biosygnałowych, brak bioaktywnej cząsteczki, która umożliwiłaby różnicowanie komórek macierzystych, brak biokompatybilności zastosowanego biomateriału oraz niewielki wpływ na proliferację komórek w niszy tkankowej, W związku z tym przewodnictwo nerwowe nie jest w pełni realizowane2,13,14,15,16. Wymaga to optymalizacji regeneracji nerwów, zmniejszenia atrofii mięśni17,18, oraz stworzenia niezbędnego homingu19 z czynnikami wzrostu przeciwko takim problemom. W tym momencie bardzo ważna jest charakterystyka i analiza neuroaktywności prototypu biomateriału chirurgicznego, który ma zostać przeniesiony do kliniki.
W związku z tym, ta metoda badania bada wzór hydrożelu biotuszu z nanopłytkami grafenowymi utworzonymi przez biodrukarkę 3D i jego skuteczność w neurogennym różnicowaniu komórek macierzystych, które zawiera. Badane są również wpływ grafenu na tworzenie i różnicowanie neurosfery.

<table><tbody><tr><td> Odśrodkowy</td><td>Hitachi</td><td></td><td>Stosowany w hodowli komórkowej i etapie biomateriału</td></tr><tr><td>0,1N CaCl2</td><td>HD Bioink</td><td></td><td>Używany do sieciowania</td></tr><tr><td>0,22 i mikro; m filtr membranowy</td><td>A&iota; s&iota; </td><td></td> mo <td>Używany do sterylizacji</td></tr><tr><td>0,45 i mikro; m filtr strzykawkowy</td><td>A&iota; s&iota; </td><td></td> mo <td>Używany do sterylizacji</td></tr><tr><td>1,5 ml stożkowa</td><td>rurka Eppendorfa</td><td>Używany do kropli biotuszu</td>15 ml probówka Falcon Gniazdo Używany w etapie hodowli komórkowej 25 cm2 kolby do hodowli komórkowych (Sokół, kolby do hodowli tkankowych TPP Gniazdo Używane do hodowli <td></td></tr><tr><td></td><td></td><td>komórek</td>Bioprinting 3D Axolotl Biosystems Bio A2 (Turcja)Bioprinting Step <td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>50 ml probówka Falcon</td><td>Gniazdo</td><td></td><td>Używane w etapie hodowli komórkowej</td></tr><tr><td>Płytki 6/24/48/96 dołków (Falcon, mikropłytki TPP)</td> <td>Merck Millipore</td><td></td><td>Używane w etapie hodowli komórkowej</td></tr><tr><td>Kolby do hodowli komórkowych o powierzchni 75 cm2 (Falcon, kolby do hodowli tkankowej TPP</td><td>Gniazdo</td><td></td><td>Używane do hodowli komórkowej</td></tr><tr><td>Anty mysie IgG-FTIC-królik</td><td>Santa Cruz Biotechnology</td><td>J1514</td><td>Przeciwciało sekundowe, używane do barwnika</td></tr><tr><td>Przeciw myszom IgG-SC2781-koza</td><td>Santa Cruz Biotechnology</td><td>C3109</td><td>Drugie przeciwciało, używane do barwnika</td></tr><tr><td>Au urządzenie do powlekania EM ACE600</td><td>Leica</td><td></td><td>do złocenia sekcji biomateriału przed obrazowaniem SEM</td></tr><tr><td>Autoklaw</td><td>NUVE-OT 90L</td><td></td><td>Używany do procesu sterylizacji.</td></tr><tr><td>Autoklaw</td><td>NUVE-OT 90L</td><td></td><td>Służy do procesu sterylizacji.</td></tr><tr><td>Cell Cultre Cabine</td><td>Hera Safe KS</td><td></td><td>Używany do procesu hodowli komórkowej</td></tr><tr><td>Zmodyfikowana mieszanka pożywki i składników odżywczych Dulbecco-F12</td><td>Sigma</td><td>RNBJ7249</td><td>Stosowany jako pożywka do hodowli komórkowych</td></tr><tr><td>FEI QUANTA 450 FEG ESEM SEM</td><td>Quanta</td><td>FEG 450</td><td>dla SEM</td></tr><tr><td>Surowica bydlęca płodu-FBS</td><td>Koziorożec</td><td>FBS-16A</td><td>Stosowano go przez dodanie do pożywki do hodowli komórkowych.</td></tr><tr><td>Zamrażarka -80&deg; C</td><td>Panasonic</td><td>MDF-U5386S-PE</td><td>Byliśmy używani do przechowywania komórek i powstałych egzosomów</td></tr><tr><td>Biotusz żelatynowo-alginianowy w proszku</td><td>HD Biotusz</td><td></td><td>Używany do produkcji biotuszu etap</td></tr><tr><td>GFP oznaczony -WJ-MSCs</td><td>Virostem</td><td></td><td>Używany do obrazowania do interakcji komórka-biotusz</td></tr><tr><td>Nanopłytki grafenu (Graphene-IGP2)</td><td>Grafen Chemical Industries Co.</td><td></td><td>Używany do produkcji biotuszu 3D-G</td></tr><tr><td>Przeciwciała immunofluorescencyjne (N-CAD; &beta;-III Tubulina)</td> <td>Sygnalizacja komórkowa i Santa Cruz</td><td></td><td>Używany do barwnika</td></tr><tr><td>JASCO 6600</td><td>Tetra</td><td></td><td>do</td></tr><tr><td>testu FTIR MTT</td><td>Testowanie żywotności</td><td>Sigma</td><td></td></tr><tr><td>Roztwór penicyny/streptomycyny</td><td>Koziorożec</td><td>PB-S</td><td>Dodano go do pożywki, aby zapobiec zanieczyszczeniu w hodowli komórkowej.</td></tr><tr><td>Szkiełko Thoma</td><td>Isolab</td><td></td><td>Służy do liczenia komórek</td></tr><tr><td>System obrazowania poklatkowego</td><td>Zeiss Axio.Observer.Z1</td><td></td><td>Obrazowanie</td></tr><tr><td>Tripsin-EDTA</td><td>Multicell</td><td></td><td>Kolba służyła do usuwania komórek pokrywających powierzchnię.</td></tr><tr><td>Vorteks</td><td>Biobase</td><td></td><td>Do wyprodukowanego biotuszu</td></tr><tr><td>etap WJ-MSCs</td><td>ATCC</td><td></td><td>Używany w procesie hodowli komórkowej</td></tr></tbody></table>

przygotowanie i charakterystyka biohybrydowego biotuszu hydrożelowego 3d na bazie grafenu do neuroinżynierii obwodowej

Preparation and Characterization of Graphene-Based 3D Biohybrid Hydrogel Bioink for Peripheral Neuroengineering

Neuropatie obwodowe mogą wystąpić w wyniku uszkodzenia aksonów, a czasami z powodu chorób demielinizacyjnych. Uszkodzenie nerwów obwodowych jest globalnym problemem, który występuje u 1,5%-5% pacjentów w nagłych wypadkach i może prowadzić do znacznej utraty pracy. Obecnie podejścia oparte na inżynierii tkankowej, składające się z rusztowań, odpowiednich linii komórkowych i biosygnałów, stały się bardziej przydatne wraz z rozwojem technologii trójwymiarowego (3D) biodruku. Połączenie różnych biomateriałów hydrożelowych z komórkami macierzystymi, egzosomami lub cząsteczkami biosygnalizacyjnymi jest często badane w celu przezwyciężenia istniejących problemów związanych z regeneracją nerwów obwodowych. W związku z tym produkcja systemów iniekcyjnych, takich jak hydrożele lub wszczepialne struktury przewodów utworzone różnymi metodami biodruku, zyskała na znaczeniu w neuroinżynierii obwodowej. W normalnych warunkach komórki macierzyste są komórkami regeneracyjnymi organizmu, a ich liczba i funkcje nie zmniejszają się z czasem, aby chronić ich populacje; Nie są to wyspecjalizowane komórki, ale mogą różnicować się po odpowiedniej stymulacji w odpowiedzi na uraz. System komórek macierzystych znajduje się pod wpływem swojego mikrośrodowiska, zwanego niszą komórek macierzystych. W uszkodzeniach nerwów obwodowych, zwłaszcza w neurotmesis, tego mikrośrodowiska nie można w pełni uratować nawet po chirurgicznym związaniu ze sobą zerwanych zakończeń nerwowych. Podejście oparte na biomateriałach kompozytowych i łączonych terapiach komórkowych zwiększa funkcjonalność i możliwości zastosowania materiałów pod względem różnych właściwości, takich jak biodegradowalność, biokompatybilność i przetwarzalność. W związku z tym badanie to ma na celu zademonstrowanie przygotowania i zastosowania biohybrydowego modelowania hydrożelu na bazie grafenu oraz zbadanie skuteczności różnicowania komórek macierzystych w komórki nerwowe, które mogą być skutecznym rozwiązaniem w regeneracji nerwów.

Toksyczność grafenu i obrazowanie 2D 
Analizę statystyczną uzyskanych wyników testu MTT przeprowadzono za pomocą jednoczynnikowej analizy wariancji (ANOVA) z testem Tukeya w oprogramowaniu do analizy statystycznej, a otrzymany wykres przedstawiono na Rysunku 2. Procent przeżywalności w obecności grafenu w porównaniu z grupą kontrolną wykazał istotny spadek jedynie dla stężenia grafenu 0,001% (**p &lt; 0,01). Między pozostałymi grupami a grupą kontrolną nie stwierdzono ist...

W tym manuskrypcie demonstrujemy przygotowanie biohybrydowego hydrożelowego biotuszu zawierającego grafen do użycia w inżynierii tkanek obwodowych. Za pomocą tego biohybrydowego materiału 3D przeprowadzany jest protokół różnicowania neuronalnego komórek macierzystych. Może to być ważny krok w kierunku wprowadzenia podobnych biomateriałów do kliniki.

Przygotowanie i charakterystyka biohybrydowego biotuszu hydrożelowego 3D na bazie grafenu do neuroinżynierii obwodowej

Peripheral neuropathies can occur as a result of axonal damage, and occasionally due to demyelinating diseases. Peripheral nerve damage is a global ...

System komórek macierzystych znajduje się pod wpływem jego ważnych składników. Zachowanie i różnicowanie komórek macierzystych jest nie do pomyślenia bez obecności ich mikrośrodowiska. To mikrośrodowisko, zwane niszą komórek macierzystych, składa się z komórek i rusztowań.Neuropatia obwodowa może być, a czasami mogą, takie jak uszkodzenie splotu ramiennego, różne urazy, guzy, anomalie autonomiczne, definicja immunologiczna i choroba metaboliczna. Opracowano różne metody hodowli 3D, aby zapewnić lepszą i bardziej naturalną niszę dla komórek macierzystych. Tworzenie sferoidów i biodruk 3D to stosunkowo nowe i obiecujące metody hodowli 3D.Biodruk 3D może być również wykorzystywany w badaniach neuroinżynieryjnych. W związku z tym w ramach tego badania opracowano i zbadano biotusze na bazie grafenu i alginianu/żelatyny pod kątem ich właściwości regeneracyjnych. Na początek posaz mezenchymalnych komórek macierzystych Whartona lub WJMSC w pożywce DMEM F12 zawierającej 10% płodowej surowicy cielęcej lub FBS, 1% długopisu / paciorkowca i 1% L-glutaminy pod sterylnym przepływem laminarnym w temperaturze pokojowej.Gdy wyhodowane komórki zlewają się w 80% z kolbą, wlej pożywkę i umyj komórki pięcioma mililitrami PBS. Następnie dodaj pięć mililitrów 0,25% trypsyny i 2,21 milimolowego EDTA sodu i inkubuj w temperaturze 37 stopni Celsjusza. Po pięciu minutach dodaj do komórek 10 mililitrów pożywki DMEM F12 zawierającej 10% FBS.Zawieś komórki, zbierz pożywkę i przenieś ją do probówki wirówkowej. Następnie odwirować komórki i wyrzucić supernatant przed ponownym wysianiem komórek w nowej kolbie ze świeżą pożywką zawierającą 10% FBS. Aby przygotować biotusz grupy kontrolnej bez grafenu, odważ 4,5 miligrama alginianu i 1,5 miligrama żelatyny i przenieś je do probówki wirówkowej.Następnie dodaj do probówki 50 mililitrów pożywki DMEM F12 zawierającej 10% FBS. Ponownie zważ 4,5 miligrama alginianu i 1,5 miligrama żelatyny i przenieś je do probówki wirówkowej. Następnie dodaj 50 mikrolitrów 0,1% grafenu do probówki i zmniejsz objętość 50 mililitrów za pomocą pożywki DMEM F12 zawierającej 10% FBS.Wymieszaj biotusze, pipetując i wirując, a następnie sterylizuj w autoklawie w temperaturze 121 stopni Celsjusza pod ciśnieniem atmosferycznym 1,5 przez 20 minut. Po autoklawowaniu odwirować roztwór, aby usunąć powstałe pęcherzyki i umieścić biotusze w temperaturze 37 stopni Celsjusza, aż komórki będą przygotowane.Aby uzyskać interakcję biotuszu komórkowego, utwórz grupy biotuszu. Grupa pierwsza obejmuje 3D-B i 3D-G drukowane za pomocą biotuszu do biodruku. Grupa druga obejmuje biotusze 3D-BS i 3D-GS, na których sferoidy zostały uformowane po bioprintingu.W przypadku grupy pierwszej policz komórki do jednego na 10 do siódmych komórek w 0,5 mililitra pożywki. Następnie dodaj 4,5 mililitra biotuszu. Przenieść mieszaninę do wkładów w sterylnej szafce za pomocą strzykawek.Zainstaluj wkłady w odpowiedniej sekcji ekstrudera biodrukarki. W przypadku drugiej grupy weź pięć mililitrów biotuszu z każdej z grup biotuszu i przenieś je do sterylnych wkładów za pomocą wtryskiwacza. Używaj biodrukarki z dwiema współosiowymi głowicami drukującymi i technologią wytłaczania napędzanego pneumatycznie.Ustaw rozdzielczość XYZ na mikro krok na 1,25 mikrometra, szerokość wytłaczania na 400 mikrometrów, a wysokość wytłaczania na 200 mikrometrów. Użyj siatki o wymiarach 20 na 20 na 5 milimetrów, aby tworzyć modele 3D. Twórz modele 3D za pomocą internetowych programów CAD typu open source.W przypadku procesu biodruku 3D ustaw średnie ciśnienie drukarki na 7.5 psi. Następnie ustaw temperaturę wkładu i stołu na 37 stopni Celsjusza i prędkość na 60%Ustaw system w pozycji wyjściowej podczas fazy pisania. Ustaw osie automatycznie, a następnie wybierz i ustaw ekstruder przed rozpoczęciem procesu biodruku.Po wydrukowaniu wyjmij próbkę i umieść ją w komorze z przepływem laminarnym. Następnie spryskaj biotusze 0,1 normalnym roztworem chlorku wapnia lub dodaj jeden mililitr roztworu pipetą w temperaturze pokojowej i odczekaj 10 do 20 sekund. Następnie przemyj wydrukowane wzory dwukrotnie PBS zawierającym wapń i magnez.Dodaj dwa mililitry pożywki DMEM F12 z 10% FBS na wierzchu każdej komórki zawierającej grupę biotuszu i inkubuj płytki w temperaturze 37 stopni Celsjusza z 5% dwutlenkiem węgla przez 30 minut. Następnie dodać dwa mililitry pożywki zawiesinowej zawierającej 1 na 10 do szóstych komórek do każdej grupy i inkubować płytki. Po 24 godzinach obserwuj i fotografuj wszystkie partie biotuszu do tworzenia sferoidów pod odwróconym mikroskopem w celu różnicowania WJMSC do komórek podobnych do neuronów, z wyjątkiem grupy kontrolnej.Dodaj dwa mililitry pożywki do różnicowania neurogennego na studzienkę i odświeżaj co dwa dni. Obserwuj przez siedem dni, aby zaobserwować różnicowanie neuronalne. Następnie, korzystając z obrazowania poklatkowego, zbadaj wpływ grafenu na komórki macierzyste i monitoruj interakcje komórkowe w biotuszu.Wykazano tutaj wpływ stężenia grafenu na proliferację komórek. W porównaniu z grupą kontrolną zaobserwowano istotny spadek stężenia grafenu na poziomie 0,001%. Nie stwierdzono istotnych różnic między pozostałymi grupami a grupą kontrolną.Interakcje grafenu komórkowego wykazały, że grafen był tolerowany w systemie 2D i był pobierany przez komórki przez endocytozę. Obrazowanie poklatkowe wykazało, że komórki, które przetrwały w pożywce grafenowej 3D, zachowały swoją witalność dzięki jasności GFP do końca inkubacji. Obrazy SEM i analiza FIIR grup biotuszu 3D-B i 3D-G są pokazane tutaj.Interakcje między komórkami biotuszu wykazano zarówno na powierzchni, jak i wewnętrznie. Komórki były morfologicznie okrągłe i przyczepione do materiału. W różnicowaniu neuronalnym 3D uznano, że granice komórek sferoidalnych w obu grupach były przezroczyste i żywe, a sferoidy w grupie grafenu były stosunkowo większe i uwięziły grafen wewnątrz komórki.Immunobarwienie komórek 2D i 3D pokazano tutaj. Zielone obrazy reprezentują struktury podobne do neuronów. Próbka kontroli pozytywnej 2D wyrażała mniej markerów struktury neuronalnej niż próbki 3D.Odkryliśmy, że biotusze na bazie grafenu były bardziej skuteczne pod względem różnicowania komórek macierzystych w komórki podobne do neuronów. Proponujemy, że biotusze na bazie grafenu byłyby doskonałymi narzędziami do leczenia zaburzeń nerwów obwodowych w dalszych badaniach. Obecnie system komórek macierzystych może być tworzony przez inżynierię tkankową z naturalnymi i syntetycznymi biomateriałami Tworzenie sztucznych tkanek, które mogą zastąpić żywe tkanki, które mogą być wykorzystane do regeneracji tych tkanek, usuwania uszkodzeń i zapewniania funkcji, zapewnia inżynieria tkankowa.

preparation-characterization-graphene-based-3d-biohybrid-hydrogel

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Wideo pokazuje proces tworzenia biodrukowanego konstruktu 3D przy użyciu astrocytów zawieszonych w roztworze biotuszu. Biodrukowany konstrukt, po usieciowaniu, ułatwia adhezję astrocytów i ich rozprzestrzenianie się, tworząc tkankę nerwowo-podobną.

Metoda biodruku 3D mysich astrocytów korowych

Opisujemy zestaw protokołów, które razem dostarczają biotusz naśladujący tkankę, za pomocą którego można biodrukować funkcjonalne i żywotne konstrukcje tkanek 3D do wykorzystania w badaniach przesiewowych in vitro.

Bioprinting Cellularized Constructs przy użyciu specyficznego tkankowo biotuszu hydrożelowego

Tutaj prezentujemy protokół hodowli 3D komórek glejowych pochodzących z mózgu szczura, w tym astrocytów, mikrogleju i oligodendrocytów. Pokazujemy pierwotną hodowlę komórkową, syntezę hydrożelu metakrylowanego kwasu hialuronowego (HAMA), fotopolimeryzację HAMAfotopolimeryzację i enkapsulację komórek oraz przetwarzanie próbek do konfokalnego i skaningowego obrazowania mikroskopem elektronowym.

Ulepszone hodowle hydrożelowe 3D pierwotnych komórek glejowych do modelowania in vitro zapalenia układu nerwowego

Przedstawiona tutaj jest metoda biodruku 3D żelatyny metakryloilo.

Protokoły biodruku 3D biotuszy na bazie żelatyny i hydrożelu metakryloylowego

Tutaj opracowaliśmy nową, wielowarstwową, zmodyfikowaną strategię dla płynnych biotuszy (żelatyna metakryloyl o niskiej lepkości), aby zapobiec sedymentacji zamkniętych komórek.

Zastosowanie wielowarstwowego biotuszu hydrożelowego w trójwymiarowym biodruku w celu jednorodnego rozmieszczenia komórek

Tutaj przedstawiamy metodę biodruku 3D mysich astrocytów korowych do biofabrykacji tkanek podobnych do neuronów w celu zbadania funkcjonalności astrocytów w ośrodkowym układzie nerwowym i mechanizmów obejmujących komórki glejowe w chorobach neurologicznych i leczeniu.

Biodrukowanie 3D mysich astrocytów korowych do inżynierii tkanki neuronalnej

Ten artykuł opisuje protokoły wysokoprzepustowej produkcji mikrożelu żelowego z żelatyny metakryloylowej za pomocą urządzeń mikroprzepływowych, przekształcania mikrożeli w proszek do resuspensable (mikroaerożele), chemicznego łączenia mikrożeli w celu utworzenia granulowanych rusztowań hydrożelowych oraz opracowywania granulowanych biotuszy hydrożelowych o zachowanej mikroporowatości do biodruku 3D.

Rusztowania hydrożelowe żelatynowo-metakryloilowe granulowane: wysokoprzepustowa produkcja mikrożeli, liofilizacja, montaż chemiczny i biodruk 3D

Praca ta opisuje protokół dla swobodnego osadzonego druku 3D komórek macierzystych nerwowych wewnątrz samonaprawiającego, wyżarniającego się układu cząstek i matrycy zewnątrzkomórkowej. Protokół umożliwia programowalne wzorcowanie połączonych konstrukcjonów tkanek nerwowych ludzkich z wysoką dokładnością.

Wsparcie dla mikrożel-macierzy zewnętrznej dla wbudowanego drukowania 3D ludzkich konstrukcji nerwowych

Ten artykuł opisuje, jak drukować biożele 3D fototostrajalne hydrożele do badania usztywnienia macierzy zewnątrzkomórkowej i aktywacji fibroblastów.

Biodruk 3D fotoprzestrajalnych hydrożeli do badania aktywacji fibroblastów

Tutaj prezentujemy protokół do produkcji 3D-drukowanych biologicznie kokultur neuronów i astrocytów pochodzących z iPSC. Ten model kokultury, wygenerowany w rusztowaniu hydrożelowym w formatach 96- lub 384-dołkowych, wykazuje wysoką żywotność po wydrukowaniu i wzrost neurytów w ciągu 7 dni oraz pokazuje ekspresję markerów dojrzałości dla obu typów komórek.

Trójwymiarowe biodrukowanie ludzkich kokultur neuronów i astrocytów pochodzących z iPSC do zastosowań przesiewowych

To badanie wprowadza nowatorską sub-mikrożelową kąpiel zawiesinową κ-karagenową, wykazującą niezwykłe właściwości odwracalnego przejścia między zakleszczeniem a odblokowaniem. Atrybuty te przyczyniają się do budowy biomimetycznych tkanek i narządów w osadzonym biodruku 3D. Udane drukowanie tkanek przypominających serce/przełyk o wysokiej rozdzielczości i wzroście komórek świadczy o wysokiej jakości biodruku i zastosowaniach inżynierii tkankowej.

Osadzony biodruk struktur tkankopodobnych przy użyciu submikrożelowej pożywki κ-karagenowej

Poznaj metodę przygotowania biohybrydowego biotuszu hydrożelowego z grafenem do druku 3D w neuroinżynierii obwodowej. Technika ta umożliwia różnicowanie komórek macierzystych w strukturach trójwymiarowych.

Przygotowanie i charakterystyka biohybrydowego biotuszu hydrożelowego 3D na bazie grafenu do neuroinżynierii obwodowej

Przeglądaj więcej filmów