Агарозные жидкие гели, образованные сдвиговой обработкой во время гелеобразования для суспензионной 3D-биопечати

Возможность использования различных биочернил имеет первостепенное значение для успешной разработки биопечатных структур, и эта технология облегчает использование материалов, которые, как правило, несовместимы с традиционными методами печати. Суспендирующая среда предотвращает разрушение биочернил с низкой вязкостью при нанесении и позволяет интегрировать различные биочернила в единую конструкцию для создания региональных вариаций химических и механических свойств, которые больше похожи на нативную ткань. Продемонстрацией процедуры будут доктор Том Робертсон, научный сотрудник из Бирмингемского университета, и доктор Джессика Сениор, научный сотрудник из Университета Хаддерсфилда.

Для начала включите реометр и вставьте 40-миллиметровую зубчатую геометрию, дав ему постоять 30 минут. Обнулите высоту зазора реометра с помощью функции высоты нулевого зазора. Добавьте примерно два миллилитра образца на нижнюю пластину и уменьшите верхнюю геометрию, чтобы создать высоту зазора в один миллиметр.

Обрежьте образец, удалив лишний материал, вытесненный между пластинами, используя плоский неабразивный край, чтобы удалить лишнюю жидкость из зазора, и пропитайте его папиросной бумагой. Чтобы определить инъекционность биочернил, выполните профили вискометрии, выбрав тест на вискометрию в пользовательских параметрах. Введите параметры для испытания на линейное изменение скорости сдвига со скоростью от 0,1 до 500 в секунду с минутным временем нарастания.

Загрузите новый образец и повторите процесс, чтобы обеспечить воспроизводимость. Чтобы определить гелеобразующие характеристики биочернил, были проведены испытания на небольшую деформацию, выбрав «Колебательное тестирование» из пользовательских опций. Ввод параметров в один частотный тест при постоянной деформации, как частота в один герц, деформация 0,5% в течение одного часа, пока чернила гелеобразны.

Повторите вискометрическое испытание на новых образцах, находящихся под контролем напряжения, используя верхнее и нижнее напряжения, определенные в ходе линейного испытания с регулируемой скоростью сдвига, как показано ранее. Чтобы выполнить измерения амплитуды и частоты in situ на гелеобразных образцах, выберите колебательный тест из пользовательских опций. После выбора амплитудной развертки введите параметры для испытания на амплитудную развертку, которая контролируется деформацией от 0,01 до 500% при постоянной частоте в один герц.

После завершения теста проанализируйте спектры, чтобы определить линейную вязкоупругую область. Загрузите новый образец на реометр и дайте ему загустеть. Затем выберите колебательный тест из пользовательских параметров.

Выбор параметров частотного теста и входной частоты в диапазоне от 0,01 до 10 Гц и деформации в линейной вязкоупругой области спектров, определяемой по полученным ранее данным амплитудной развертки. Чтобы запустить программное обеспечение САПР и начать создание модели САПР, выберите параметр «Инструменты», а затем нажмите «Материалы» в программном обеспечении САПР, чтобы определить параметры печати для выбранных биочернил. Введите предполагаемый диаметр нити на вкладке «Толщина», чтобы определить z-толщину каждого слоя.

Чтобы спроектировать структуру слой за слоем, используйте вкладки «Слой» в программном обеспечении, сгруппируйте слои с помощью вкладки «Группа» и назначьте каждому слою уровень на z-плоскости с помощью вкладки «Уровень». Создайте решетчатую структуру, создав один слой с нитями вдоль оси x и второй слой вдоль оси y, и назначьте оба на отдельный уровень. На вкладке «Группа» определите высоту сборки, выбрав количество повторяющихся единиц в структуре.

Затем нажмите кнопку Создать инструмент, чтобы создать G-код для проекта и просмотреть 3D-рендеринг конструкции. В биопринтере аликвотируйте биочернила в печатный картридж и ввинчивайте их в печатающую головку над микроклапаном. Затем нажмите функцию измерения длины иглы, чтобы откалибровать печатающую головку.

Затем подключите собранную печатающую головку к пневматической системе давления и загрузите сосуд для культуры на печатную платформу. После того, как соответствующее давление было выбрано, откройте G-код, сгенерированный ранее, и нажмите «Выполнить», чтобы начать процесс печати. После завершения печати сонной артерии используйте шприц и иглу, чтобы ввести два миллилитра 200 миллимолярного дигидрата хлорида кальция вокруг конструкции.

Как минимум через три часа снимите слой жидкого геля вокруг конструкции и аккуратно промойте его в PBS. Затем снимите конструкцию с опорной ванны с помощью шпателя. Наблюдалось адаптация разрешения печати альгинатных и коллагеновых решеток в зависимости от диаметра нити путем экструзии при 30, 60 и 120 килопаскалях, и результаты показали, что разрешение напрямую настраивается с изменениями давления экструзии.

Для достижения градиента механических свойств, сходных с теми, которые обнаружены в коже, в дермальном и подкожном слоях использовались различные пропорции пектина и коллагена, в результате чего получалась структура без признаков расслаивания. Высокий уровень жизнеспособности клеток наблюдался по всей структуре после 14 дней культивирования, в течение которых материалы затвердели, что указывает на ремоделирование материала. Для реологии важно, чтобы образец был загружен правильно, чтобы обеспечить воспроизводимость данных, а для биопечати важно, чтобы структура была полностью сшита перед ее удалением из опорного слоя.

Культивирование крупномасштабных тканевых конструкций в течение длительных периодов времени помогает исследовать реакцию встроенных клеток на физические и химические раздражители.