Géis fluidos de agarose formados por processamento de cisalhamento durante gelificação para bioimpressão 3D em suspensão

A capacidade de usar diferentes biotintas é fundamental para o desenvolvimento bem-sucedido de estruturas bioimpressas, e essa tecnologia facilita o uso de materiais geralmente incompatíveis com as técnicas de impressão convencionais. O meio de suspensão evita o colapso de biotintas de baixa viscosidade quando depositadas e permite a integração de diferentes biotintas dentro de uma única construção para criar variações regionais nas propriedades químicas e mecânicas que são mais semelhantes ao tecido nativo. Quem demonstrará o procedimento será o Dr. Tom Robertson, pesquisador da Universidade de Birmingham, e a Dra. Jessica Senior, pesquisadora da Universidade de Huddersfield.

Para começar, ligue o reômetro e insira geometrias serrilhadas de 40 milímetros, permitindo que ele fique em repouso por 30 minutos. Zerar a altura do gap do reômetro usando a função zero-gap height. Adicione aproximadamente dois mililitros de amostra na placa inferior e abaixe a geometria superior para criar uma altura de folga de um milímetro.

Aparar a amostra removendo o excesso de material expelido entre as placas usando uma borda plana e não abrasiva para puxar o excesso de líquido para longe da lacuna e mergulhá-lo com papel higiênico. Para determinar a injetabilidade da biotinta, realize perfis de viscosometria selecionando o teste de viscosometria nas opções do usuário. Insira os parâmetros para um teste de rampa controlado por taxa de cisalhamento de 0,1 a 500 por segundo com um tempo de rampa de um minuto.

Carregue uma nova amostra e repita o processo para garantir a reprodutibilidade. Para determinar as características de gelificação da biotinta, pequenos testes de deformação foram realizados selecionando o ensaio oscilatório das opções do usuário. Parâmetros de entrada em um único teste de frequência sob tensão constante, como a frequência de um hertz, tensão de 0,5% ao longo de uma hora enquanto os géis de tinta.

Repetir o teste de viscometria em rampa em novas amostras sob controle de tensão usando as tensões superior e inferior determinadas a partir do teste de rampa controlada por taxa de cisalhamento em etapa, conforme demonstrado anteriormente. Para realizar medições in situ de amplitude e frequência em amostras gelificadas, selecione um teste oscilatório nas opções do usuário. Depois de selecionar a varredura de amplitude, insira os parâmetros para um teste de varredura de amplitude que é controlado por deformação de 0,01 a 500% em uma frequência constante de um hertz.

Após a conclusão do ensaio, analise os espectros para determinar a região viscoelástica linear. Coloque uma nova amostra no reômetro e deixe gelar. Em seguida, selecione um teste oscilatório nas opções do usuário.

Selecione parâmetros de teste de frequência e frequência de entrada entre 0,01 e 10 hertz e uma deformação dentro da região viscoelástica linear dos espectros determinada a partir dos dados de varredura de amplitude obtidos anteriormente. Para iniciar o software CAD e iniciar a geração de um modelo CAD, selecione a opção Ferramentas e, em seguida, clique em Materiais no software CAD para definir os parâmetros de impressão para a biotinta escolhida. Insira o diâmetro estimado do filamento na guia Espessura para determinar a espessura z de cada camada.

Para projetar a estrutura camada por camada, use as guias Camada no software, agrupe as camadas usando a guia Grupo e atribua cada camada a um nível no plano z usando a guia Nível. Gere uma estrutura de rede criando uma camada com os filamentos ao longo do eixo x e uma segunda camada ao longo do eixo y e atribua ambos a um nível separado. Na guia Grupo, determine a altura de construção selecionando o número de unidades repetidas na estrutura.

Em seguida, clique na ferramenta Gerar para criar um código G para o design e exibir uma renderização 3D da estrutura. Na bioimpressora, coloque a biotinta no cartucho de impressão e rosqueie-a na cabeça de impressão acima da microválvula. Em seguida, clique na função de medição do comprimento da agulha para calibrar a cabeça de impressão.

Em seguida, conecte a cabeça de impressão montada ao sistema de pressão pneumática e carregue o recipiente de cultura na plataforma de impressão. Depois que uma pressão apropriada tiver sido selecionada, abra o código G gerado anteriormente e clique em Executar para iniciar o processo de impressão. Quando a impressão da artéria carótida estiver completa, use uma seringa e uma agulha para injetar dois mililitros de cloreto de cálcio 200 milimolares di-hidratados ao redor da construção.

Após um mínimo de três horas, remova a cama de suporte de gel fluido ao redor da construção e lave-a suavemente em PBS. Em seguida, remova a construção do banho de apoio usando uma espátula. Observou-se a adequação da resolução de impressão de redes de alginato e colágeno em função do diâmetro do filamento via extrusão em 30, 60 e 120 kilopascal e os resultados demonstraram que a resolução foi diretamente sintonizada com as mudanças na pressão de extrusão.

Para alcançar um gradiente de propriedades mecânicas semelhante às encontradas na pele, diferentes proporções de pectina e colágeno foram utilizadas nas camadas dérmica e hipodérmica, resultando em uma estrutura sem sinais de delaminação. Um alto nível de viabilidade celular foi observado em toda a estrutura após 14 dias de cultivo, durante os quais os materiais endureceram, indicando remodelação do material. Para a reologia, é importante que a amostra seja carregada corretamente para garantir dados reprodutíveis e, para a bioimpressão, é importante que a estrutura seja totalmente reticulada antes de removê-la do leito de suporte.

Cultivar construções de tecido em larga escala por longos períodos ajuda a explorar a resposta das células embutidas a estímulos físicos e químicos.