Name: Rusztowania hydrożelowe żelatynowo-metakryloilowe granulowane: wysokoprzepustowa produkcja mikrożeli, liofilizacja, montaż chemiczny i biodruk 3D (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-12-09T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 36 s
Description: Poznaj metodę produkcji mikrożeli GelMA, liofilizacji i biodruku 3D rusztowań hydrożelowych. Technika ta umożliwia tworzenie mikroporowatych struktur dla inżynierii tkankowej i regeneracyjnej.

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

Autorzy chcieliby podziękować T. Pondowi, specjaliście ds. wsparcia badań na Wydziale Inżynierii Chemicznej Uniwersytetu Stanowego Pensylwanii (Penn State), personelowi Laboratorium Nanofabrykacji w Penn State oraz Dr. J. de Rutte z Partillion Bioscience za pomoc i dyskusję na temat procesów nanowytwarzania. A. Sheikhi dziękuje za wsparcie Instytutu Badań Materiałowych (MRI) i Wyższej Szkoły Inżynierii Materiały Materia na Granty nasienne na poziomie człowieka, Convergence Center for Living Multifunctional Material Systems (LiMC2) oraz Cluster of Excellence Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems (livMatS) Living Multifunctional Materials Collaborative Research Seed Grant Program oraz fundusz startowy z Penn State. Badania opisane w tej publikacji były częściowo wspierane przez National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB) of the National Institutes of Health (NIH) w ramach nagrody numer R56EB032672.

<ol><li>Feng, Q., Li, D., Li, Q., Cao, X., Dong, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microgel+assembly%3A+Fabrication%2C+characteristics+and+application+in+tissue+engineering+and+regenerative+medicine%5BTitle%5D)+AND+%22Bioactive+Materials%22%5BJournal%5D)">Microgel assembly: Fabrication, characteristics and application in tissue engineering and regenerative medicine.</a> Bioactive Materials. 9, 105-119 (2022).</li>
<li>Daly, A. C., Riley, L., Segura, T., Burdick, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrogel+microparticles+for+biomedical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Materials%22%5BJournal%5D)">Hydrogel microparticles for biomedical applications.</a> Nature Reviews Materials. 5 (1), 20-43 (2020).</li>
<li>Griffin, D. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Activating+an+adaptive+immune+response+from+a+hydrogel+scaffold+imparts+regenerative+wound+healing%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Activating an adaptive immune response from a hydrogel scaffold imparts regenerative wound healing.</a> Nature Materials. 20 (4), 560-569 (2021).</li>
<li>Griffin, D. R., Weaver, W. M., Scumpia, P. O., Di Carlo, D., Segura, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Accelerated+wound+healing+by+injectable+microporous+gel+scaffolds+assembled+from+annealed+building+blocks%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Accelerated wound healing by injectable microporous gel scaffolds assembled from annealed building blocks.</a> Nature Materials. 14 (7), 737-744 (2015).</li>
<li>Ding, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Jammed+micro-flake+hydrogel+for+four-dimensional+living+cell+bioprinting%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Jammed micro-flake hydrogel for four-dimensional living cell bioprinting.</a> Advanced Materials. 34 (15), 2109394(2022).</li>
<li>Muir, V. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sticking+together%3A+injectable+granular+hydrogels+with+increased+functionality+via+dynamic+covalent+inter-particle+crosslinking%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Sticking together: injectable granular hydrogels with increased functionality via dynamic covalent inter-particle crosslinking.</a> Small. 18 (36), 2201115(2022).</li>
<li>Sideris, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Particle+hydrogels+based+on+hyaluronic+acid+building+blocks%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Biomaterials+Science+and+Engineering%22%5BJournal%5D)">Particle hydrogels based on hyaluronic acid building blocks.</a> ACS Biomaterials Science and Engineering. 2 (11), 2034-2041 (2016).</li>
<li>Molley, T. G., Hung, T., Kilian, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cell-laden+gradient+microgel+suspensions+for+spatial+control+of+differentiation+during+biofabrication%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Healthcare+Materials%22%5BJournal%5D)">Cell-laden gradient microgel suspensions for spatial control of differentiation during biofabrication.</a> Advanced Healthcare Materials. , 2201122(2022).</li>
<li>Zoratto, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+situ+forming+microporous+gelatin+methacryloyl+hydrogel+scaffolds+from+thermostable+microgels+for+tissue+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Bioengineering+and+Translational%22%5BJournal%5D)">In situ forming microporous gelatin methacryloyl hydrogel scaffolds from thermostable microgels for tissue engineering.</a> Bioengineering and Translational. 5 (3), (2020).</li>
<li>Yuan, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+situ+fused+granular+hydrogels+with+ultrastretchability%2C+strong+adhesion%2C+and+mutli-bioactivities+for+efficient+chronic+wound+care%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Engineering+Journal%22%5BJournal%5D)">In situ fused granular hydrogels with ultrastretchability, strong adhesion, and mutli-bioactivities for efficient chronic wound care.</a> Chemical Engineering Journal. 450, 138076(2022).</li>
<li>Ataie, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoengineered+granular+hydrogel+bioinks+with+preserved+interconnected+microporosity+for+extrusion+bioprinting%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Nanoengineered granular hydrogel bioinks with preserved interconnected microporosity for extrusion bioprinting.</a> Small. 18 (37), 2202390(2022).</li>
<li>Annabi, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((25th+anniversary+article%3A+rational+design+and+applications+of+hydrogels+in+regenerative+medicine%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">25th anniversary article: rational design and applications of hydrogels in regenerative medicine.</a> Advanced Materials. 26 (1), 85-124 (2014).</li>
<li>Rajabi, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+advances+on+bioprinted+gelatin+methacrylate-based+hydrogels+for+tissue+repair%5BTitle%5D)+AND+%22Tissue+Engineering.+Part+A%22%5BJournal%5D)">Recent advances on bioprinted gelatin methacrylate-based hydrogels for tissue repair.</a> Tissue Engineering. Part A. 27 (11-12), 679-702 (2021).</li>
<li>Sheikhi, A., Di Carlo, D., Khademhosseini, A., De Rutte, J. Methods for fabricating modular hydrogels from macromolecules with orthogonal physico-chemical responsivity. U.S. Patent Application. , 17/279,283 (2021).</li>
<li>Sheikhi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic-enabled+bottom-up+hydrogels+from+annealable+naturally-derived+protein+microbeads%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Microfluidic-enabled bottom-up hydrogels from annealable naturally-derived protein microbeads.</a> Biomaterials. 192, 560-568 (2019).</li>
<li>Hinton, T. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+printing+of+complex+biological+structures+by+freeform+reversible+embedding+of+suspended+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Advances%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional printing of complex biological structures by freeform reversible embedding of suspended hydrogels.</a> Science Advances. 1 (9), (2015).</li>
<li>Seymour, A. J., Shin, S., Heilshorn, S. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+printing+of+microgel+scaffolds+with+tunable+void+fraction+to+promote+cell+infiltration%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Healthcare+Materials%22%5BJournal%5D)">3D printing of microgel scaffolds with tunable void fraction to promote cell infiltration.</a> Advanced Healthcare Materials. 10 (18), 2100644(2021).</li>
<li>Lee, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+bioprinting+of+collagen+to+rebuild+components+of+the+human+heart%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">3D bioprinting of collagen to rebuild components of the human heart.</a> Science. 365 (6452), 482-487 (2019).</li>
<li>de Rutte, J. M., Koh, J., Di Carlo, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scalable+high-throughput+production+of+modular+microgels+for+in+situ+assembly+of+microporous+tissue+scaffolds%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Functional+Materials%22%5BJournal%5D)">Scalable high-throughput production of modular microgels for in situ assembly of microporous tissue scaffolds.</a> Advanced Functional Materials. 29 (25), 1900071(2019).</li>
<li>Sheikhi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modular+microporous+hydrogels+formed+from+microgel+beads+with+orthogonal+thermo-chemical+responsivity%3A+Microfluidic+fabrication+and+characterization%5BTitle%5D)+AND+%22MethodsX%22%5BJournal%5D)">Modular microporous hydrogels formed from microgel beads with orthogonal thermo-chemical responsivity: Microfluidic fabrication and characterization.</a> MethodsX. 6, 1747-1752 (2019).</li>
<li>Van Den Bulcke, A. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structural+and+rheological+properties+of+methacrylamide+modified+gelatin+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Structural and rheological properties of methacrylamide modified gelatin hydrogels.</a> Biomacromolecules. 1 (1), 31-38 (2000).</li>
<li>Qazi, T. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anisotropic+rod-shaped+particles+influence+injectable+granular+hydrogel+properties+and+cell+invasion%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Anisotropic rod-shaped particles influence injectable granular hydrogel properties and cell invasion.</a> Advanced Materials. 34 (12), 2109194(2022).</li>
<li>Highley, C. B., Song, K. H., Daly, A. C., Burdick, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Jammed+microgel+inks+for+3d+printing+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Science%22%5BJournal%5D)">Jammed microgel inks for 3d printing applications.</a> Advanced Science. 6 (1), 1801076(2019).</li>
<li>Claaßen, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantification+of+substitution+of+gelatin+methacryloyl%3A+best+practice+and+current+pitfalls%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Quantification of substitution of gelatin methacryloyl: best practice and current pitfalls.</a> Biomacromolecules. 19 (1), 42-52 (2018).</li>
<li>Sheikhi, A., Di Carlo, D., Khademhosseini, A. Methods for converting colloidal systems to resuspendable/redispersable powders that preserve the original properties of the colloids. U.S. Patent Application. , 17/425,027 (2022).</li>
<li>Sheikhi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microengineered+emulsion-to-powder+technology+for+the+high-fidelity+preservation+of+molecular%2C+colloidal%2C+and+bulk+properties+of+hydrogel+suspensions%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Polymer+Materials%22%5BJournal%5D)">Microengineered emulsion-to-powder technology for the high-fidelity preservation of molecular, colloidal, and bulk properties of hydrogel suspensions.</a> ACS Applied Polymer Materials. 1 (8), 1935-1941 (2019).</li>
<li>Lee, S., de Rutte, J., Dimatteo, R., Koo, D., Di Carlo, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scalable+fabrication+and+use+of+3d+structured+microparticles+spatially+functionalized+with+biomolecules%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Scalable fabrication and use of 3d structured microparticles spatially functionalized with biomolecules.</a> ACS Nano. 16 (1), 38-49 (2022).</li>
<li>Charlet, A., Bono, F., Amstad, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+reinforcement+of+granular+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Science%22%5BJournal%5D)">Mechanical reinforcement of granular hydrogels.</a> Chemical Science. 13 (11), 3082-3093 (2022).</li>
</ol>

Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.

Żelatyna i jej pochodne są najczęściej stosowanymi biomateriałami na bazie białek do produkcji HMP. Wyzwanie związane z kompromisem między wydajnością a monodyspersją wielkości cząstek można przezwyciężyć za pomocą urządzeń mikroprzepływowych do emulgowania krokowego. Urządzenia te są w stanie uformować ponad 40 milionów kropel na godzinę, przy współczynniku zmienności mniejszym niż 5%27. W tym artykule omówiliśmy mikrowytwarzanie kropelek zawierających roztwory GelMA, a następnie przekształcanie ...

Składanie bloków HMP do tworzenia rusztowań inżynierii tkankowej zyskało ogromne zainteresowanie w ciągu ostatnich kilku lat1. GHS, wytwarzane za pomocą montażu HMP, mają unikalne właściwości w porównaniu z ich masowymi odpowiednikami, w tym mikroporowatość w skali komórkowej pochodzącą z pustych przestrzeni między dyskretnymi blokami budulcowymi. Dodatkowe właściwości, takie jak wstrzykiwalność, modułowość i oddzielenie sztywności od porowatości, sprawiają, że GHS jest obiecującą platformą usprawniającą naprawę i regenerację tkanek2. Do produkcji GHS wykorzystano różne biomateriały, w tym syntetyczne polimery na bazie PEG3,4 oraz polisacharydy, takie jak alginian5 i kwas hialuronowy6,7. Wśród polimerów pochodzenia naturalnego najpowszechniejszym biopolimerem na bazie białek do produkcji GHS jest GelMA8,9,10,11, sieciowany, biokompatybilny, bioadhezyjny i biodegradowalny biomateriał12,13.
HMP mogą być wytwarzane za pomocą emulgacji wsadowej8, flow-focusing14,15 lub step-emulsification9,11 urządzenia mikroprzepływowe, blending16, lub złożone koacerwacja17,18. Zwykle istnieje kompromis między przepustowością produkcji a monodyspersyjnością HMP. Na przykład, technika mieszania daje HMP o nieregularnych kształtach i silnie polidyspersyjnych. Emulgacja wsadowa lub złożona koacerwacja umożliwia wytwarzanie dużych ilości polirozproszonych sferycznych HMP. Urządzenia mikroprzepływowe skupiające przepływ zostały wykorzystane do wytwarzania wysoce monorozproszonych kropel o współczynniku zmienności <5%, jednak przepustowość jest znacznie niska. W urządzeniach mikroprzepływowych emulgujących krokowo, wysoce zrównoleglone kroki umożliwiają wysokowydajne wytwarzanie monorozproszonych HMPs19.
Bloki budulcowe HMP z żelatyny modyfikowanej metakryloylem (GelMA) są termoresponsywne i (foto)chemicznie sieciowalne, co umożliwia łatwą produkcję GHS20. Po schłodzeniu poniżej górnej temperatury roztworu krytycznego (UCST)21 (np. w temperaturze 4 °C), kropelki zawierające roztwór GelMA są przekształcane w fizycznie usieciowane HMP. Te bloki budulcowe HMP są następnie pakowane przy użyciu sił zewnętrznych (np. poprzez wirowanie) w celu uzyskania zakleszczonych zawiesin mikrożelu. Wiązania międzycząsteczkowe są ustanawiane między sąsiednimi HMP poprzez (foto)chemiczne sieciowanie, tworząc mechanicznie wytrzymały GHS14. Jedną z najważniejszych właściwości GHS jest mikroporowatość, umożliwiająca łatwą penetrację komórek in vitro11 i zwiększone wrastanie tkanek in vivo22. Trójwymiarowe (3D) biodrukowanie HMP jest konwencjonalnie wykonywane przy użyciu ciasno upakowanych zawiesin mikrożelowych, co pogarsza mikroporowatość23.
Niedawno opracowaliśmy nową klasę granulowanych biotuszy opartych na międzyfazowej nanoinżynierii mikrożeli GelMA poprzez adsorpcję heterogenicznie naładowanych nanocząstek, a następnie odwracalną samoorganizację nanocząstek. Ta strategia sprawia, że luźno upakowane mikrożele uzyskujące ścinanie i wytłaczanie 3D są biodrukowalne w mikroskali, co zachowuje porowatość w mikroskali wytwarzanych addytywnie GHS11. W artykule przedstawiono metody wysokoprzepustowego wytwarzania kropelek GelMA, przekształcania tych kropelek w fizycznie usieciowane HMP, wytwarzania GelMA HMP przy użyciu proszku wielokrotnego zawieszania, tworzenia GelMA GHS, przygotowania nanoinżynieryjnego granulowanego biotuszu GelMA (NGB) oraz biodruku 3D.

<table><tbody><tr><td>1H,1H-perfluoro-1-oktanol</td><td>Alfa Aesar, MA, USA</td><td>B20156-18</td><td>98% czystości</td></tr><tr><td>Dziurkacz do biopsji</td><td>Integra Miltex, NY, USA</td><td>33-31A-P/25</td><td>Dziurkacz do biopsji 1,5 mm z systemem tłokowym</td></tr><tr><td>igła</td><td>SANANTS</td><td>30-002-25</td><td>25 G</td></tr><tr><td>Bruker Avance NEO 400 MHz</td><td>400 MHz Bruker NEO, MA, USA</td><td></td><td>Wirówka do urządzenia NMR</td></tr><tr><td></td><td>Eppendorf, Niemcy</td><td>5415 C</td><td></td></tr><tr><td>Probówka wirówkowa</td><td>Celltreat, MA, USA</td><td>229423</td><td></td></tr><tr><td>Filtry do kawy</td><td>BUNN, IL, USA</td><td>20104.0006</td><td>BUNN 8-12 filiżanek Filtry do kawy, 6 każdy, 100 ct</td></tr><tr><td>Eksykator</td><td>Thermo Scientific</td><td>5311-0250</td><td>Suszyk próżniowy Nalgene, pokrywa i korpus PC, 280 mm OD</td></tr><tr><td>Tlenek deuteru</td><td>Sigma, MA, USA</td><td>151882</td><td></td></tr><tr><td>Membrana do dializy (12-14 kDa)</td><td>Spectrum Laboratories, NJ, USA</td><td>08-667E</td><td></td></tr><tr><td>Sól fizjologiczna buforowana fosforanem Dulbecco (DPBS, 1x)</td><td>Sigma, MA, USA</td><td>56064C-10L</td><td>suchy proszek, bez wapnia, bez magnezu, odpowiedni do hodowli komórkowych</td></tr><tr><td>Kolba Erlenmeyera</td><td>Corning, NY, USA</td><td>4980</td><td>Corning PYREX&nbsp;</td></tr><tr><td>Etanol</td><td>VWR, PA, USA</td><td>89125-188</td><td>Koptec 200 proof</td></tr><tr><td>Fiolki kriogeniczne z gwintem zewnętrznym (cryovials)</td><td>Corning, NY, USA</td><td>430659</td><td></td></tr><tr><td>Liofilizator</td><td>Labconco, MO, USA</td><td>71042000</td><td>Wyposażony w pompę próżniową (Katalog# 7587000)</td></tr><tr><td>Żelatyna w proszku</td><td>Sigma, MA, USA</td><td>G1890-5100G</td><td>Typ A ze skóry wieprzowej, moc żelu ~300 g Bloom</td></tr><tr><td>Glass Szkiełka mikroskopowe</td><td>VWR, PA, USA</td><td>82027-788</td><td></td></tr><tr><td>Płyta grzejna</td><td>FOUR E'S SCIENTIFIC</td><td></td> MI0102003 <td>5-calowe mieszadło magnetyczne z płytą grzejną Maksymalna temperatura 280 & C/536 &deg; F&nbsp;</td></tr><tr><td>Kimwipes</td><td>Fischer scientific, MA, USA</td><td>06-666</td><td></td></tr><tr><td>KMPR 1000 ujemna seria fotorezystów</td><td>Kayaku Advanced Materials, MA, USA</td><td>121619</td><td>KMPR1025 i KMP1035 są zawarte</td></tr><tr><td>LAPONITE XLG</td><td>BYK USA Inc., CT, USA</td><td>2344265</td><td></td></tr><tr><td>Fenylo-2,4,6-trimetylobenzoilofosfinian litu (LAP)</td><td>Sigma, MA, USA</td><td>900889-1G</td><td>>95%</td></tr><tr><td>Luer-Lok </td><td>złącze BD, NJ, USA</td><td>BD 302995&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>MA/BA Gen4-Serie Mask- und Bond-Aligner</td><td>S&Uuml; SS MicroTeck, niemieckie</td><td></td><td>urządzenie do nanoprodukcji</td></tr><tr><td>bezwodnik metacylanowy</td><td>Sigma, MA, USA</td><td>276685-100ML</td><td>zawiera 2,000&nbsp; ppm topanol A jako inhibitor, 94%</td></tr> <tr><td>Milli-Q woda</td><td>Millipore Corporation, MA, USA</td><td>ZRQSVR5WW</td><td>rezystywność elektryczna &asymp; 18 M&Omega; przy 25 & stopniach; C, Direct-Q 5 Zdalny system oczyszczania wody</td></tr><tr><td>UV Novec 7500 płyn inżynieryjny</td><td>3M, MN, USA</td><td></td><td>3M ID&nbsp; </td></tr><tr><td>7100003723 Piekarnik</td><td>VWR, PA, USA</td><td>VWR-1410</td><td>1410 Piec próżniowy</td></tr><tr><td>Parafilm</td><td>Fischer scientific, MA, USA</td><td>HS234526C</td><td></td></tr><tr><td>Pipeta Pasteura</td><td>VWR, PA, USA</td><td>14673-010</td><td></td></tr><tr><td>szalka Petriego</td><td>VWR, PA, USA</td><td>25384-092</td><td>polistyren</td></tr><tr><td>Pico-Surf</td><td>Sphere Fluidics, Wielka Brytania</td><td>C022</td><td>(5% (w/w) w listopadzie 7500)</td></tr><tr><td>Pipeta</td><td>VWR, PA, USA</td><td>89079-970</td><td></td></tr><tr><td>Końcówki do pipet</td><td>VWR, PA, USA</td><td>87006-060</td><td></td></tr><tr><td>Komora do czyszczenia plazmowego</td><td>Harrick Plasma, NY, USA</td><td>PDC-001-HP&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Polidimetylosiloksan</td><td>Dow Corning, MI, Stany Zjednoczone&</td><td>nbsp; 2065623</td><td>SYLGARD 184 Zestaw elastomerów silikonowych</td></tr><tr><td>Pipeta wyporowa</td><td>Microman E M100E, Gilson, OH, USA</td><td>M100E</td><td></td></tr><tr><td>Wafle silikonowe</td><td>UniversityWafer, MA, USA</td><td>452/1196</td><td>4-calowa</td></tr><tr><td>szpatułka</td> mechaniczna <td>klasy VWR, PA, USA</td><td>231-0104</td><td>Jednorazowa</td></tr><tr><td>SU-8&nbsp;</td><td>Kayaku Advanced Materials, MA, USA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pompa strzykawkowa</td><td>Aparatura Harvard, MA, USA</td><td>70-2001</td><td>PHD 2000</td></tr><tr><td>Trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooktylo)silan</td><td>Millipore Sigma, MA, USA</td><td>448931-10G</td><td>97%</td></tr> <tr><td>Rurki Tygon</td><td>Saint-globain, PA, USA</td><td>AAD04103&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Światło UV&nbsp;</td><td>QUANS</td><td></td><td>Napięcie: 85 V-265 V AC / Moc: 20 W</td></tr><tr><td>Jednostka filtracji próżniowej</td><td>VWR, PA, USA</td><td>10040-460</td><td>0,20 &micro; m</td></tr><tr><td>Vortex</td><td>Fischer scientific, USA</td><td>14-955-151</td><td>Mini mikser wirowy</td></tr></tbody></table>

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

Gelatin Methacryloyl Granular Hydrogel Scaffolds: High-throughput Microgel Fabrication, Lyophilization, Chemical Assembly, and 3D Bioprinting

Pojawienie się granulowanych rusztowań hydrożelowych (GHS), wytwarzanych za pomocą montażu mikrocząsteczek hydrożelu (HMP), umożliwiło tworzenie mikroporowatych rusztowań in situ. W przeciwieństwie do konwencjonalnych hydrożeli luzem, połączone ze sobą pory w mikroskali w GHS ułatwiają niezależną od degradacji infiltrację komórek, a także transfer tlenu, składników odżywczych i komórkowych produktów ubocznych. Żelatyna modyfikowana metakryloilem (GelMA), (foto)chemicznie sieciowany biopolimer na bazie białek zawierający klej komórkowy i biodegradowalne ugrupowania, jest szeroko stosowany jako biomateriał reagujący na komórki/instruktażowy. Konwersja masowego GelMA do GHS może otworzyć mnóstwo możliwości w zakresie inżynierii tkankowej i regeneracji. W tym artykule przedstawiamy procedury wysokoprzepustowego wytwarzania mikrożeli GelMA, konwersji do suchych mikrożeli wielokrotnego użytku (mikroaerożeli), tworzenia GHS poprzez chemiczne składanie mikrożeli oraz wytwarzania granulowanego biotuszu do biodruku przez wytłaczanie. Pokazujemy, w jaki sposób sekwencyjna obróbka fizykochemiczna poprzez chłodzenie i fotosieciowanie umożliwia tworzenie mechanicznie wytrzymałego GHS. Gdy światło jest niedostępne (np. podczas głębokiej iniekcji tkankowej), indywidualnie usieciowane HMP GelMA mogą być bioortogonalnie składane poprzez sieciowanie enzymatyczne przy użyciu transglutamin. Wreszcie, trójwymiarowy (3D) biodruk mikroporowatego GHS przy niskiej gęstości upakowania HMP został zademonstrowany poprzez międzyfazową samoorganizację heterogenicznie naładowanych nanocząstek.

GelMA zsyntetyzowano w drodze reakcji żelatyny z MA, co przedstawiono na Rysunku 1A. Poprzez dostosowanie warunków reakcji, takich jak stężenie MA, uzyskano różne stopnie podstawienia MA. Aby ilościowo określić stopień podstawienia MA, GelMA poddano ocenie za pomocą spektroskopii 1H NMR (Rysunek 1B). Grupy funkcyjne winylowe z reprezentatywnymi pikami przy przesunięciach chemicznych ok. 5-6 ppm potwierdziły pomyślną syntezę GelMA z żelatyny. ...

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

The emergence of granular hydrogel scaffolds (GHS), fabricated via assembling hydrogel microparticles (HMPs), has enabled microporous scaffold formation ...

Macierz zewnątrzkomórkowa lub numeryczne mikrocząstki hydrożelu ECM mogą być używane jako elementy budulcowe do produkcji rusztowań. Protokół ten demonstruje wytwarzanie, oczyszczanie, liofilizację, montaż zdjęć i biodrukowanie 3D mikrocząstek żelatyny metakryloylu lub hydrożelu GelMA. GelMA jest fotochemicznie, sieciowalnym biopolimerem na bazie białek, zawierającym adhezję komórkową i biodegradowalne ugrupowania, który jest szeroko stosowany jako biomateriał reagujący na komórki i pouczający.W porównaniu z konwencjonalnymi hydrożelami luzem, granulowane rusztowania hydrożelowe GelMA są mikroporowate, co umożliwia szybką infiltrację komórek, którą można dostosować do rozmiaru bloku budulcowego. Granulowane rusztowania hydrożelowe GelMA mogą otworzyć nowe możliwości biodruku 3D grubych tkanek, narządów i chorób na tanich platformach i inżynierii regeneracyjnej. Na początek dodaj 10 miligramów LAP do 10 mililitrów DPBS, aby przygotować 0,1% roztwór fotoinicjatora.Chroń roztwór przed światłem, owijając go folią aluminiową i oznaczając. Następnie rozpuść żądaną ilość GelMA w roztworze fotoinicjatora. Umieść roztwór owinięty folią aluminiową w piekarniku o temperaturze 37 stopni Celsjusza na godzinę, aby uzyskać klarowny roztwór.Aby przygotować fazę olejową, należy przygotować 2% biokompatybilny roztwór środka powierzchniowo czynnego w płynie inżynieryjnym. Włóż rurkę Tygon do wlotów i wylotów urządzenia PDMS, a następnie włóż igłę o rozmiarze 25 w drugi koniec rurki Tygon do wlotów. Umieść urządzenie pod mikroskopem i utrzymuj ciepło otoczenia w temperaturze około 40 stopni Celsjusza za pomocą suszarki do włosów lub grzejnika.Załadować roztwór wodny i olejowy do oddzielnych strzykawek podłączonych do urządzenia. Uruchom pompę strzykawkową do fazy olejowej o natężeniu przepływu 160 mikrolitrów na minutę. Po napełnieniu kanału olejem rozpocznij fazę wodną z prędkością 80 mikrolitrów na minutę.Sprawdź tworzenie się kropel pod mikroskopem. Zbierz kropelki do pojemnika i oceń je w komorze obrazowania za pomocą mikroskopii optycznej. Utrzymuj kropelki w temperaturze czterech stopni Celsjusza przez noc, jednocześnie chroniąc je przed światłem, aby zainicjować fizyczne sieciowanie mikrożelu GelMA i przekształcić kropelki w stabilne mikrożele.Aby wdrożyć mikroinżynieryjną metodę emulsji do proszku, MEtoP, należy zebrać fizycznie usieciowane mikrożele w płynie inżynieryjnym za pomocą termicznie wytrzymałych probówek do mikrowirówek lub kriowialiów. Uszczelnij otwartą probówkę chusteczką laboratoryjną i taśmą. Głęboko zamroź fizycznie usieciowane mikrożele w ciekłym azocie przez 10 minut, aby przystąpić do liofilizacji.Po liofilizacji otrzyma się stały proszek. Dodaj jeden mililitr schłodzonego, 0,1% roztworu fotoinicjatora w temperaturze czterech stopni Celsjusza do liofilizowanego proszku, aby uzyskać zawiesiny mikrożelu. Odwirować zwirowaną mieszaninę o masie 3 000 g przez 15 sekund.Po odrzuceniu supernatantu przenieś zapakowaną zawiesinę mikrożelu do formy za pomocą pipety wyporowej i wystawij ją na działanie światła o długości fali 400 nanometrów o intensywności 15 miliwatów na centymetr kwadratowy przez 60 sekund, aby utworzyć granulowane rusztowania hydrożelowe lub GHS. Na 400 mikrolitrów zawiesiny mikrożelowej dodaj równą ilość lodowatego roztworu PFO, 20% w płynie inżynieryjnym do fizycznie usieciowanych mikrożeli GelMA. Następnie odwirować wirowaną mieszaninę o masie 300 g przez 15 sekund i usunąć fazę olejową z mikrożeli GelMA za pomocą pipetowania.Następnie dodaj 400 mikrolitrów lodowatego, 0,1% roztworu fotoinicjatora do zawiesiny mikrożelu. Po odwirowaniu wirowanego roztworu o masie 300 g przez 15 sekund wylej olej. Powtórz kroki dodawania roztworu fotoinicjatora i wirowania, ale tym razem odwiruj przy 3 000 g i wyrzuć supernatant upakowanych mikrożeli GelMA.Przenieś zapakowane mikrożele GelMA do formy, a następnie poddaj je ekspozycji na światło, aby utworzyć GHS. Dodaj 100 miligramów proszku nanopłytkowego do trzech mililitrów lodowatej, ultraczystej wody, aby utworzyć dyspersję 3,33% nanocząstek. Energicznie wiruj dyspersję w lodówce o temperaturze czterech stopni Celsjusza przez 15 minut, aby złuszczyć zagregowane nanocząsteczki.Odpowiednio złuszczone nanocząsteczki dają wyraźną dyspersję. Rozpuść 50 miligramów LAP w pięciu mililitrach lodowatej, ultraczystej wody, aby przygotować 1% roztwór podstawowy fotoinicjatora. Następnie dodaj 333 mikrolitry 1% roztworu fotoinicjatora do złuszczonej dyspersji nanocząstek i zawiń ją w folię aluminiową, aby chronić przed światłem otoczenia.Wirować mieszaninę przez jedną minutę, aby wymieszać dyspersję nanocząstek i fotoinicjator. Dodaj lodowaty PFO, 20% w płynie inżynieryjnym do fizycznie usieciowanych mikrożeli GelMA w stosunku objętościowym jeden do jednego. Po odwirowaniu wirowanej mieszaniny o masie 300 g przez 15 sekund należy wyrzucić fazę olejową zawierającą środek powierzchniowo czynny.Dodać lodowatą, wzbogaconą LAP dyspersję nanocząstek do przemytych mikrożeli GelMA. Po odwirowaniu w stężeniu 3 000 g przez 15 sekund, wyrzucić pozostały olej na dnie i dyspersję sklarowanego nad osadem. Przechowuj zawiesinę w temperaturze czterech stopni Celsjusza, chroniąc ją przed światłem za pomocą folii aluminiowej przez jeden dzień, aby uzyskać produkt GelMA nanoinżynieryjny granulowany biotusz lub NGB.Następnego dnia załaduj NGB do trzymililitrowej strzykawki. Zamknij załadowaną strzykawkę nakrętką i parafilmem, a następnie wykonaj wirowanie pulsacyjne przy 200 g, aby usunąć uwięzione powietrze. Przenieś biotusz do trzymililitrowego wkładu za pomocą żeńskiego złącza Luer lock.Ponownie krótko odwirować wkład przy 200 g, aby usunąć uwięzione powietrze, a przed użyciem utrzymuj NGB w temperaturze czterech stopni Celsjusza. Następnie załaduj przygotowaną zawiesinę mysich komórek fibroblastów do trzymililitrowej strzykawki. Połącz NGB i strzykawki z komórkami za pomocą żeńskiego złącza Luer lock i delikatnie wymieszaj zawartość, popychając 40 razy w przód iw tył.Wydrukuj NGB lub NGB z komórkami za pomocą odpowiedniej biodrukarki ze standardową dyszą stożkową, ładując dyszę do trzymililitrowej głowicy drukującej. Utrzymuj temperaturę stołu roboczego poniżej 10 stopni Celsjusza i optymalizuj parametry, takie jak prędkość i ciśnienie wsteczne. Wybierz żądany plik gcode lub STL.Następnie należy wybrać podłoże i typ dyszy dla pneumatycznej trzymililitrowej strzykawki wyposażonej w standardową dyszę stożkową. Skalibruj biodrukarkę zgodnie z wytycznymi urządzenia i rozpocznij drukowanie, aby uzyskać struktury 3D. Technologia MEtoP pozwoliła uzyskać ponownie zawieszony suszony proszek mikrożelowy poprzez liofilizację pod niskim ciśnieniem, jednocześnie chroniąc mikrożele przed agregacją i poważnymi deformacjami.Obrazy SEM wykazały, że wysuszone mikrocząstki GelMA przy użyciu tej technologii zachowują swój kulisty kształt po liofilizacji w porównaniu z agregacją obserwowaną przy konwencjonalnej liofilizacji. Charakterystyka mikroporów GelMA, GHS i NGB za pomocą barwnika fluorescencyjnego o wysokiej masie cząsteczkowej wykazała połączone ze sobą puste przestrzenie w mikroskali. Ponadto obraz fluorescencyjny oceniany za pomocą niestandardowego skryptu MATLAB wykrył pory.Pomiary frakcji pustej przestrzeni i mediany średnicy równoważnej porom nie wykazały znaczącej różnicy, świadczącej o dostępności i wzajemnych powiązaniach porów w mikroskali w rusztowaniach wydrukowanych w 3D przy użyciu NGB. Wyższość rusztowań NGB nad ciasno i luźno upakowanymi mikrożelami GelMA przez pomiar długości wiszącego filamentu ujawniła, że NGB miał większą długość niż upakowane mikrożele. Luźno upakowane mikrożele nie dawały filamentów.Pusty cylinder został wydrukowany w 3D, a cała konstrukcja została wystawiona na działanie światła w celu fotosieciowania. Wydrukowana struktura została fizycznie przytrzymana, aby pokazać kształt, wierność i integralność strukturalną. Jeśli rusztowanie jest używane do oceny biologicznej, na przykład w biodruku z wykorzystaniem komórek, należy pamiętać, aby wszystkie kroki wykonać w określonych warunkach, pod komorą bezpieczeństwa biologicznego.Mamy nadzieję, że uda nam się zdemokratyzować wykorzystanie granulowanych rusztowań hydrożelowych jako nowo powstałej platformy biomateriałowej w biomedycynie.

gelatin-methacryloyl-granular-hydrogel-scaffolds-high-throughput

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Bioprinter został użyty do stworzenia wzorzystych hydrożeli na bazie formy ofiarnej.  Formę poloksamerową zasypano drugim hydrożelem, a następnie wymywano, pozostawiając puste przestrzenie, które wypełniono trzecim hydrożelem. Metoda ta wykorzystuje szybką elucję i dobrą drukowność poloksamera do generowania złożonych architektur z biopolimerów.

Drukowanie termoczułych form odwróconych do tworzenia wzorzystych dwuskładnikowych hydrożeli do hodowli komórkowych 3D

Ten protokół opisuje wytwarzanie elastycznych makroporowatych mikrokriożeli 3D poprzez integrację mikrofabrykacji z technologią kriożelacji. Po załadowaniu komórkami generowane są mikrotkanki 3D, które można łatwo wstrzyknąć in vivo w celu ułatwienia terapii regeneracyjnej lub złożyć w matryce do wysokoprzepustowych badań przesiewowych leków in vitro.

Mikrotkanki 3D do iniekcyjnej terapii regeneracyjnej i wysokoprzepustowych badań przesiewowych leków

Opracowano strategię wytwarzania przyrostowego do przetwarzania hydrożeli sieciowanych UV. Strategia ta pozwala na montaż warstwa po warstwie mikroprefabrykowanych struktur hydrożelowych, a także na montaż niezależnych komponentów, co pozwala na uzyskanie zintegrowanych urządzeń zawierających ruchome elementy, które reagują na aktywację magnetyczną.

Technika wytwarzania przyrostowego do łatwego i szybkiego wytwarzania mikromaszyn na bazie hydrożelu z komponentami reagującymi magnetycznie

Przedstawiona tutaj jest metoda biodruku 3D żelatyny metakryloilo.

Protokoły biodruku 3D biotuszy na bazie żelatyny i hydrożelu metakryloylowego

Ta praca opisuje proste, elastyczne i tanie metody wytwarzania mikrożeli z fragmentacją ekstruzji, przetwarzania mikrożeli na granulowane hydrożele do wstrzykiwania i stosowania granulowanych hydrożeli jako farb drukarskich do zastosowań biomedycznych.

Fragmentacja hydrożeli luzem i przetwarzanie na granulowane hydrożele do zastosowań biomedycznych

Mikrożelowe pręty z komplementarnymi grupami reaktywnymi są produkowane za pomocą mikrofluidyki z możliwością łączenia się w roztworze wodnym. Anizometryczne mikrożele zacinają się i łączą w stabilne konstrukcje z większymi porami w porównaniu z systemami sferycznymi. Mikrożele modyfikowane za pomocą GRGDS-PC tworzą makroporowate konstrukcje 3D, które można wykorzystać do hodowli komórkowych.

Połączone makroporowate rusztowania 3D z prętów mikrożelowych

Ten protokół opisuje zestaw metod syntezy mikrożelowych bloków budulcowych dla mikroporowatych rusztowań z wyżarzonymi cząstkami, które mogą być używane do różnych zastosowań medycyny regeneracyjnej.

Synteza mikroprzepływowa mikrożelowych bloków budulcowych do rusztowania cząstek wyżarzonych mikroporowato

Przetwarzanie ścinaniem podczas tworzenia hydrożelu powoduje produkcję zawiesin mikrożelowych, które są cienkie jak ścinanie, ale szybko się restrukturyzują po usunięciu sił ścinających. Materiały te zostały wykorzystane jako matryca nośna do biodruku złożonych, obciążonych komórkami struktur. W tym miejscu opisano metody stosowane do produkcji łoża nośnego oraz kompatybilne biotusze.

Płynne żele agarozowe utworzone przez obróbkę ścinającą podczas żelowania do zawieszonego biodruku 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

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 produkcji mikrożeli GelMA, liofilizacji i biodruku 3D rusztowań hydrożelowych. Technika ta umożliwia tworzenie mikroporowatych struktur dla inżynierii tkankowej i regeneracyjnej.

Rusztowania hydrożelowe żelatynowo-metakryloilowe granulowane: wysokoprzepustowa produkcja mikrożeli, liofilizacja, montaż chemiczny i biodruk 3D (Wideo) | JoVE Journal

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

Przeglądaj więcej filmów