Здесь представлен метод 3D-биопечати желатина метакрилоила.
Методическая статья
Здесь представлен метод 3D-биопечати желатина метакрилоила.
Гелатин метакрилоил (GelMA) стал популярным биоматериалом в области биопечати. Производным этим материалом является желатин, который гидролизмовается из коллагена млекопитающих. Таким образом, аргинин-глицин-аспарговая кислота (РГД) последовательности и целевые мотивы матричной металлопротеинаазы (ММП) остаются на молекулярных цепях, которые помогают достичь клеточной привязанности и деградации. Кроме того, свойства формирования GelMA являются универсальными. Группы метакриламида позволяют материалу быстро пересекаться под световым облучением в присутствии фотоинитиатора. Поэтому имеет смысл создать подходящие методы синтеза трехмерных (3D) структур с помощью этого перспективного материала. Однако его низкая вязкость ограничивает доступность GelMA. Здесь представлены методы проведения 3D-биопечати гидрогелей GelMA, а именно изготовление микросфер GelMA, волокон GelMA, сложных структур GelMA и микрофлюидных микрочипов на основе GelMA. Обсуждаются полученные структуры и биосовместимость материалов, а также методы печати. Считается, что этот протокол может служить мостом между ранее примененными биоматериалами и GelMA, а также способствовать созданию 3D-архитектурна на основе GelMA для биомедицинских приложений.
Гидрогели считаются подходящим материалом в области биофабрикации1,2,3,4. Среди них желатин метакрилоил (GelMA) стал одним из самых универсальных биоматериалов, первоначально предложенных в 2000 году Ван Ден Омке и др.5. ГельМА синтезируется непосредственной реакцией желатина с метакрилическим ангидридом (МА). Желатин, гидролизуемый коллагеном млекопитающих, состоит из целевых мотивов матричной металлопротеинаазы (ММП). Таким образом, трехмерные (3D) модели тканей In vitro, созданные GelMA, могут идеально имитировать взаимодействие между клетками и внеклеточной матрицей (ECM) in vivo. Кроме того, аргинин-глицин-аспарговая кислота (РГД) последовательности, которые отсутствуют в некоторых других гидрогелей, таких как альгинаты, остаются на молекулярных цепях GelMA. Это позволяет реализовать вложение инкапсулированных ячеек внутри гидрогелевыхсетей 6. Кроме того, возможности формирования GelMA является перспективным. Группы метакриламида на молекулярных цепях GelMA реагируют с фотоинитиатором в мягких условиях реакции и образуют ковалентные связи при воздействии облучения света. Таким образом, печатные структуры могут быть быстро перекрестные для поддержания разработанных форм простым способом.
Основываясь на этих свойствах, ряд областей используют GelMA для выполнения различных применений, таких как тканевая инженерия, основной анализ цитологии, скрининг наркотиков и биосенсирование. Соответственно, различные стратегии изготовления также были продемонстрирована7,8,9,10,11,12,13,14. Тем не менее, это все еще сложно провести 3D биопечать на основе GelMA, которая из-за его фундаментальных свойств. GelMA является чувствительным к температуре материалом. В процессе печати, температура атмосферы печати должна быть строго контролируется для того, чтобы поддерживать физическое состояние биоинки. Кроме того, вязкость GelMA, как правило, ниже, чем другие распространенные гидрогели (наоборот, альгинат, хитозан, гиалуроновая кислота и т.д.). Тем не менее, другие препятствия сталкиваются при строительстве 3D архитектуры с этим материалом15.
В этой статье кратко излагается несколько подходов к 3D-биопечати GelMA, предложенных нашей лабораторией, и описаны печатные образцы (т.е. синтез микросфер GelMA, волокон GelMA, сложных структур GelMA и микрофлюидных микрочипов на основе GelMA). Каждый метод имеет специализированные функции и может быть принят в различных ситуациях с различными требованиями. Микросферы GelMA генерируются электроусилитом модулем, который формирует дополнительную внешнюю электрическую силу для сокращения размера капли. С точки зрения волокон GelMA, они выдавливаются коаксиальным сопло биопечати с помощью вязких альгината натрия. Кроме того, создание сложных 3D-структур достигается с помощью биопринтера цифровой обработки света (DLP). Наконец, предлагается стратегия дважды перекрестных ссылок на создание микрофлюидных микрочипов на основе GelMA, сочетающих гидрогель GelMA и традиционные микрофлюидные чипы. Считается, что этот протокол представляет собой значительное резюме стратегий биопечати GelMA, используемых в нашей лаборатории, и может вдохновить других исследователей в относительной области.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Культивирование клеток
2. Изготовление микросфер GelMA
3. Изготовление волокон GelMA
4. Изготовление сложных 3D-структур GelMA
ПРИМЕЧАНИЕ: На рисунке 3А показан эскиз изготовления сложных 3D-структур GelMA.
5. Изготовление микрофлюидных микрочипов на основе GelMA
ПРИМЕЧАНИЕ: На рисунке 4А показан эскиз изготовления микрофлюидного чипа на основе GelMA.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Во время изготовления микросфер GelMA капли GelMA были отделены внешними силами электрического поля. Когда капли попали в приемное кремниевое масло, они оставались стандартной сфероидной формой без хвостов. Это потому, что капли GelMA были в вавной фазе, в то время как кремниевое масло было в фазе масла. Поверхностное натяжение, которое образовалось между двумя фазами, вызвало падение GelMA для поддержания стандартной формы сфероидов. С точки зрения клеточных микросфер, клетки испытали высокое напряжение электрической си...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
В этой статье описано несколько стратегий изготовления 3D-структур GelMA, а именно микросферы GelMA, волокна GelMA, сложные структуры GelMA и микрофлюидные микрочипы на основе GelMA. GelMA обладает многообещающей биосовместимостью и способностью к образованию и широко используется в области биофабрикации. Структуры микросферы подходят для контролируемого высвобождения препарата, культивирования тканей и инъекций в организмы для дальнейшей терапии21,22,...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторам нечего раскрывать.
Эта работа была организована Национальной ключевой программой исследований и разработок Китая (2018YFA0703000), Национальным фондом естественных наук Китая (No.U1609207, 81827804), Научным фондом творческих исследовательских групп Национальной естественной науки Фонд Китая (No 51821093).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 0,22 μ m фильтрующая мембрана | Millipore | ||
| 2-(4-амидинофенил)-6-индолкарбамидиндигидрохлорид (DAPI) | Yeasen Biological Technology Co., Ltd., Шанхай, Китай | ||
| 3D-биопринтер | SuZhou Intelligent Manufacturing Research Institute, Сучжоу, Китай | ||
| 405 нм длина волны света | SuZhou Intelligent Manufacturing Research Institute, Сучжоу, Китай | ||
| коаксиальное сопло | Научно-исследовательский институт интеллектуального производства СуЧжоу, Сучжоу, Китай | ||
| конфокальный флуоресцентный микроскоп | OLYMPUS FV3000 | ||
| биопринтер цифровой обработки света (DLP) | Научно-исследовательский институт интеллектуального производства СуЧжоу, Сучжоу, | ||
| Китай | |||
| Фосфатно-солевой буфер Дульбекко (DPBS) | Tangpu Biological Technology Co., Ltd., Ханчжоу, Китай | ||
| Модифицированная орлиная среда Дульбекко (DMEM) | Tangpu Biological Technology Co., Ltd., Ханчжоу, Китай | ||
| Модифицированная орлиная среда Дульбекко с L-глутамином (DMEM/F-12) | Tangpu Biological Technology Co., Ltd., Ханчжоу, Китай | ||
| Научно-исследовательский институт интеллектуального производства EFL Software SuZhou, Сучжоу, Китай | |||
| фетальная бычья сыворотка (FBS) | Tangpu Biological Technology Co., Ltd., Ханчжоу, Китай | ||
| желатин | Sigma-Aldrich, Шанхай, Китай | ||
| желатин метакрилоил (GelMA) | Научно-исследовательский институт интеллектуального производства SuZhou, Сучжоу, Китай | ||
| высоковольтная мощность | Научно-исследовательский институт интеллектуального производства СуЧжоу, Сучжоу, Китай | ||
| фенил-2 лития, 4, 6-триметилбензоилфосфинат (LAP) | Научно-исследовательский институт интеллектуального производства СуЧжоу, Сучжоу, Китай | ||
| параформальдегид | Tangpu Biological Technology Co., Ltd., Ханчжоу, Китай | ||
| пенициллин/стрептомицин | Tangpu Biological Technology Co., Ltd., Ханчжоу, Китай | ||
| альгинат натрия (Na-Alg) | Sigma-Aldrich, Шанхай, Китай | ||
| TRITC фаллоидин | Yeasen Biological Technology Co., Ltd., Шанхай, Китай | ||
| Triton X-100 | Solarbio Co., Ltd., Шанхай, Китай |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение