An innovative biofabrication technique was developed to engineer three-dimensional constructs that resemble the architectural features, components, and mechanical properties of in vivo tissue. This technique features a newly developed sacrificial material, BSA rubber, which transfers detailed spatial features, reproducing the in vivo architectures of a wide variety of tissues.
Vævsstilladser spiller en afgørende rolle i vævsregenerering processen. Den ideelle stillads skal opfylde flere krav såsom at have en ordentlig sammensætning, målrettet modul, og veldefinerede arkitektoniske træk. Biomaterialer der rekapitulere iboende arkitektur af in vivo væv er afgørende for at studere sygdomme samt at lette regeneration af tabte og misdannet blødt væv. Et hidtil ukendt biofabrication teknik blev udviklet som kombinerer stade billeddannelse, tredimensionale (3D) udskrivning, og selektiv enzymatisk aktivitet til at skabe en ny generation af biomaterialer til forskning og klinisk anvendelse. Det udviklede materiale, okseserumalbumin gummi, er reaktion injiceres i en form, der værner specifikke geometriske funktioner. Dette offer materiale muliggør tilstrækkelig overførsel af arkitektoniske træk til en naturlig stillads materiale. Prototypen består af en 3D-collagen stillads med 4 og 3 mm kanaler at ReprESENT en forgrenet arkitektur. Dette papir lægger vægt på brugen af denne biofabrication teknik til frembringelse af naturlige konstruktioner. Denne protokol udnytter en computerstøttet software (CAD) at fremstille en fast form, der vil være reaktion injiceret med BSA gummi efterfulgt af den enzymatiske fordøjelse af gummi, efterlader de arkitektoniske træk inden stilladset materiale.
I vævet ingeniørområdet evnen til at fremstille vævsstilladser er afgørende. En egnet væv stillads har en 3D-struktur, er sammensat af biokompatible materialer, og efterligner in vivo vævsarkitekturen at lette celler og væv vækst og remodeling. Dette stillads skal tillade transport af næringsstoffer og fjernelse af affald 1-4. En af de væsentligste hindringer for produktionen af disse stilladser er evnen til at rekapitulere specifikke geometriske elementer i et biokompatibelt materiale. Adskillige biofabrication teknikker er blevet rapporteret til at styre de geometriske karakteristika ved disse scaffolds, er eksempler elektrospinding 5-8, opløsningsmiddel-støbning 9, stereolitografi 10, og 3D-trykning 11, blandt andre. Disse teknikker kommer til kort i at yde en forholdsvis nem overførsel af styrbare interne og eksterne arkitektoniske træk, er dyre, er begrænset af deres opløsning og trykbarhed ( <em> f.eks dyse gauge, materiale begrænsning), eller kræver post-fremstillingsteknik som kræver en lang periode af tid til at producere levedygtige stilladser 12.
I mange kommercielle fabrikation systemer, er oprettelsen af interne hulrum, kanaler og funktioner opnås ved anvendelse af sand eller andre egnede aftagelige eller offer materialer. Metallet eller plastdelen er dannet omkring sandformen, og når det er størknet, bliver sandet fjernes. På samme måde, den næste generation af biomaterialer brug for biosand tilsvarende. Derfor blev BSA gummi udviklet som en erstatning for biosand. BSA gummi er en nyligt formuleret materiale, der består af okseserumalbumin tværbundet med glutaraldehyd. Det endelige mål er at genskabe specifikke arkitektoniske træk i en biologisk nedbrydelig collagen stillads. Egenskaberne ved det hellige biorubber der opretholder dimensional nøjagtighed med formen af det oprindelige væv, er beskrevet.
<p class = "jove_content"> Adskillige kombinationer af BSA og glutaraldehyd koncentrationer blev testet ved anvendelse af forskellige opløsningsmidler. Dette materiale blev oprettet af reaktionen mellem BSA og glutaraldehyd. BSA gummi kan være reaktion injiceres i de indviklede geometrier af vævet forme. Tværbundet BSA trypsin labil og let fordøjet af enzymet ved milde pH- og temperaturforhold. Omvendt intakt type I collagen er meget modstandsdygtig over for trypsin fordøjelse. Disse funktioner blev kapitaliseret til selektivt at fjerne BSA gummi forlader kollagen bag. Den nuværende arbejde bestod i at bestemme de ideelle parametre, der er nødvendige for at opnå en labil støbeform, der kan levere specifikke arkitektoniske funktioner til en biokompatibel stillads. De særlige forhold, der blev evalueret inkluderet blandbarhed, enzymfordøjelse, lastbærende og evne til at være reaktion injiceres i en negativ-form. Kombinationen af 30% BSA og 3% glutaraldehyd opfylder disse krav. Denne protokol giver den necessAry retningslinjer for at skabe disse tredimensionelle stilladser. Prototypen består af et collagen stillads, der repræsenterer en forgrenet arkitektur med en indstrømning og to udstrømningskanalen med diametre på 4- og 3-mm. Denne teknik har potentiale til at efterligne makro- og mikro-miljøer i vævet af interesse. Denne teknologi giver en levedygtig teknik til at levere en specifik geometrisk instruktivt at et biologisk nedbrydeligt materiale i en forholdsvis let og rettidig sagen med high fidelity, som kan indstilles til at efterligne in vivo væv elasticitet og andre egenskaber ved vævet af interesse.Biofabrication er et meget tværfagligt felt, hvor biologi og tekniske principper fusionere til at generere komplekse materialer, der efterligner native væv. For at opnå dette, er der behov for at udvikle teknikker, der bruger de indsamlede oplysninger fra in vivo-væv og omsætte den til en in vitro stillads. På denne måde kan en platform konstrueres der ligner de arkitektoniske, funktionelle og mekaniske egenskaber in vivo væv. Den optimale stilladser materiale bør besidde visse egensk…
The authors have nothing to disclose.
This work was supported by NIH-NIDCR IRO1DE019355 (MJ Yost, PI), and NSF-EPSCoR (EPS-0903795).
Collagen type I | Collagen extracted from calf hide | ||
Hydrocloric Acid (HCl) | Sigma-Aldrich | 7647-01-0 | |
Phosphate Buffer Solution (PBS Tablets) | MP Biomedical | U5378 | 1 tablet per 100 mL makes 1XPBS |
Albumium from bovine serum (BSA) | Sigma-Aldrich | A9647 | |
Glutaraldehyde | Sigma -Aldrich | G5882 | Toxic |
Lard | Fields | 3090 | |
Stainless Steel Molds | Milled using Microlution Machine | ||
Air Brush Kit | Central Pneumatic | 47791 | |
Mixing Tip for double syringe | Medmix | ML2.5-16-LLM | Mixer, DN2,5X16, 4:1 brown, med |
Small O ring for double syringe | Medmix | PPB-X05-04-02SM | Piston B, 5mL, 4:1, PE natural |
Double Syringe cap | Medmix | VLX002-SM | Cap, 4:1/10:1, PE brown, med |
Big O ring for double syringe | Medmix | PPA-X05-04-02SM | Piston A, 5 mL, 4:1 |
Double Syringe | Medmix | SDL X05-04-50M | Double syringe, 5 mL, 4:1 |
Double Syringe Dispenser | Medmix | DL05-0400M | Dispenser, 5 mL, 4:1, med , plain |
Laminim | 3.6 mg/mL- extracted USC lab | ||
20 mL Syringe Luer Lock Tip | BD | 302830 | |
Luer Lock Caps | Fisher | JGTCBLLX | |
HEPES | Sigma -Aldrich | H4034 | |
Gibco Minimum Essential Media 10X (MEM) | Life Technologies | 1143-030 | |
Trypsin | Life Technologies | 27250-018 | |
UV Crosslinker | Spectroline UV | XLE1000 | |
Sodium Cloride (NaCl) | Fisher | S271-10 | To prepare Mosconas |
Potassium chloride (KCl) | Sigma -Aldrich | P5405-250 | To prepare Mosconas |
Sodium Bicarbonate (NaHCO3) | Fisher | BP328-500 | To prepare Mosconas |
Glucose | Sigma -Aldrich | G-8270 | To prepare Mosconas |
Sodium Phosphate didasic (NaH2PO4) | Sigma-Aldrich | S-7907 | To prepare Mosconas |
Sterile Filter for syringes | Corning | 431224 |