Fragmentando hidrogéis a granel e processando em hidrogéis granulares para aplicações biomédicas

Hidrogéis granulares são uma nova classe excitante de biomateriais com muitas propriedades vantajosas. Nossa esperança é que, ao compartilhar esses métodos, possamos aumentar o acesso e a inovação em hidrogéis granulares para aplicações biomédicas. Esta técnica é simples, de baixo custo, facilmente adaptável a muitas químicas e pode ser implementada em praticamente qualquer laboratório.

Carregue uma seringa de 3 mililitros com a solução precursora do hidrogel. Remova o êmbolo da parte de trás de uma seringa vazia de 3 mililitros e adicione uma tampa de ponta na parte superior do barril de seringa. Use uma pipeta de 1.000 microliters para transferir a solução precursora do hidrogel para o barril de seringa com a tampa da ponta.

Segure o barril de seringa com solução precursora de hidrogel em uma mão com a tampa da ponta voltada para baixo e a extremidade aberta do barril voltada para cima. Devolva o êmbolo da seringa para a abertura da parte de trás do barril de seringa. Empurre suavemente o êmbolo da seringa para dentro do barril apenas o suficiente para selar a abertura na parte de trás do barril de seringa, segurando cuidadosamente o êmbolo e o barril de seringa juntos para garantir que a parte de trás do barril de seringa seja selada com o êmbolo.

Inverta a seringa de tal forma que o êmbolo esteja virado para baixo e a tampa da ponta agora esteja voltada para cima. Retire a tampa da ponta e empurre suavemente o êmbolo para dentro do cano de seringa até que todo o ar seja removido da seringa. Recoloque a tampa da ponta na seringa.

Certifique-se de que a solução precursora do hidrogel esteja presa dentro da seringa de 3 mililitros com uma tampa de ponta. Certifique-se de que os equipamentos de proteção individual adequados e as proteções sejam tomadas antes de ligar a lâmpada UV. Coloque a seringa de 3 mililitros carregada com a solução precursora do hidrogel sob a lâmpada de cura do ponto UV por um tempo desejado para totalmente foto-crosslink.

Desligue a lâmpada UV e remova a seringa. Certifique-se de que o hidrogel está agora foto-cruzado dentro da seringa. Remova o êmbolo da parte de trás de uma seringa vazia de 3 mililitros.

Fixar uma tampa de ponta no luer-lock. Remova a tampa da ponta da seringa contendo o hidrogel a granel foto-cruzado. Alinque o topo da seringa hidrogel com a abertura do barril na seringa vazia.

Extrude o hidrogel a granel através da seringa abrindo no barril da seringa vazia. Segure a seringa que contém o hidrogel extrudado de tal forma que a tampa da ponta esteja virada para baixo e a abertura do barril esteja voltada para cima. Usando uma pipeta de 1.000 microliters, adicione 1,5 microliters de PBS ao barril de seringa.

Alinhe o êmbolo da seringa com a abertura do barril, apenas mal empurrando o êmbolo para dentro o suficiente para criar uma vedação. Inverta a seringa de tal forma que o êmbolo esteja agora virado para baixo e a tampa da ponta esteja voltada para cima, certificando-se de segurar o êmbolo e o barril de seringa juntos no lugar para que nenhum hidrogel ou PBS vaze. Inverta várias vezes para misturar o hidrogel fragmentado com o PBS adicionado.

Segure a seringa de tal forma que a tampa da ponta esteja voltada para cima e o êmbolo esteja virado para baixo. Retire a tampa da ponta. Muito suavemente, empurre o êmbolo para cima para remover qualquer ar do interior da seringa.

Extrude a solução fragmentada de hidrogel através de uma série de agulhas para criar microgéis fragmentados. Fixar uma agulha de ponta sem corte de 18 bitolas no topo da seringa contendo o hidrogel fragmentado e PBS. Remova o êmbolo de uma seringa fresca de 3 mililitros e fixe uma tampa de ponta no barril de seringa vazia.

Extrude a solução fragmentada de hidrogel através da agulha de calibre 18 na parte de trás do barril de seringa vazia. Descarte a seringa vazia e a agulha no fluxo de resíduos afiados adequados. Repita a extrusão da solução de hidrogel com uma agulha de calibre 23, 27 e 30.

Após a última etapa de extrusão, extrude a solução fragmentada de microgel em tubos de microcentrifuuge. Lave e isole a suspensão fragmentada do microgel. Usando um microcentrifuge, gire a solução de microgel fragmentada a 5.000 vezes g por 5 minutos.

Use uma pipeta para remover o supernatante. Adicione 1 mililitro de PBS a cada tubo de microcentrifuuge contendo microgel fragmentados e vórtice por 5 a 10 segundos. Combine 20 microliters de suspensão fragmentada de microgel com 180 microliters de PBS para criar uma suspensão de microgel fragmentada diluída.

Vórtice para misturar bem. Transfira 50 microlitros de suspensão de microgel fragmentado diluído para um slide de microscópio de vidro. Use um microscópio epifluorescente para adquirir imagens de microgéis fluorescentes com marcação fluorescente a zoom de 4x ou 10x.

Emperrar microgéis fragmentados usando filtragem movida a vácuo. Monte e teste o aparelho de filtragem movido a vácuo. Fixar um funil Buchner dentro de um frasco de filtro.

Use tubos para conectar o frasco do filtro a uma linha de vácuo. Coloque um filtro de membrana no copo de funil Buckner. Ligue a linha de vácuo abrindo a válvula de discagem.

Teste a conexão tubondo aproximadamente 0,5 mililitros de PBS sobre o filtro de membrana e observe que todo o PBS passa pelo filtro e coleta na parte inferior do frasco do filtro. Depois de ligar a linha de vácuo e garantir um selo completo, vórtice a solução de microgel fragmentada. Usando uma pipeta de 1.000 microliters, transfira a solução fragmentada de microgel para o filtro de membrana.

Aguarde aproximadamente 30 segundos para que o vácuo retire o PBS da solução de microgel. Desligue a linha de vácuo. Obtenha uma seringa fresca de 3 mililitros e remova o êmbolo.

Use uma espátula metálica para colher o hidrogel granular fragmentado do filtro e transferi-lo para a parte de trás do barril de seringa vazio. Devolva o êmbolo para a seringa. Carregue o hidrogel granular fragmentado na seringa e agora está pronto para uso.

Retire a tampa da ponta e substitua-a por uma agulha escolhida. Coloque a seringa na plataforma de impressão escolhida. Carregue o arquivo de código G preparado da fase de planejamento para o software de impressão 3D.

Navegue até o painel Visualização de impressão e pressione Imprimir. Assim que a deposição de impressão estiver completa, exponha as construções fragmentadas de hidrogel granular à luz UV para foto-crosslinking e estabilização. A fragmentação da extrusão produz microgels com formas de polígonos irregulares com diâmetros que variam de 10 a 300 micrômetros.

A circularidade varia de 0,2 a quase 1 e a proporção varia de 1 a 3. Esses parâmetros descrevem as formas irregulares e irregulares de microgel formadas pelo processo de fragmentação. Quando embalados juntos usando centrifugação ou filtragem movida a vácuo, o hidrogel granular montado é de enraizamento de tesoura e auto-cura.

O hidrogel granular fragmentado tem fidelidade de alta forma e integridade mecânica para um hidrogel injetável. Além do uso de hidrogéis granulares fragmentados para impressão 3D, esses sistemas também podem ser usados como plataformas de cultura celular in vitro, bem como sistemas injetáveis para reparação de tecidos e entrega de medicamentos. Esses métodos simples e de baixo custo trazem as vantagens dos biomateriais de hidrogel granular para mais pesquisadores, permitindo maior acesso à fabricação de hidrogel granular, bem como inovação no campo dos biomateriais.