Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Bioengineering

Automatisert Robotic Leveringen Teknikk for Surface Veiledning og Bioprinting Celler

doi: 10.3791/54604 Published: November 18, 2016

Abstract

Dette manuskriptet beskriver innføring av cellen ledefunksjoner etterfulgt av direkte levering av celler til disse funksjonene i en hydrogel bioink hjelp av en automatisert robotdispenseringssystem. Den spesielle bioink ble valgt som det lar cellene til å sedimentere mot og forstand funksjonene. Doseringssystemet bioprints levedyktige celler i hydrogel bioinks bruker et mottrykk assistert skrivehodet. Men ved å erstatte skriverhodet med en skjerpet pennen eller skalpell, doseringssystemet kan også brukes til å lage topografiske signaler gjennom overflaten etsing. Pekepennen bevegelsen kan programmeres i trinn på 10 mikrometer i X, Y og Z. De mønstrede Sporene var i stand til å orientere stamceller, å påvirke dem til å innta en langstrakt morfologi i flukt med sporene 'retning. Mønstringen kan lages med plotting programvare i rette linjer, konsentriske sirkler, og sinusbølger. I en etterfølgende prosedyre, fibroEksplosjonene og mesenchymale stamceller ble suspendert i en 2% gelatin bioink, for bioprinting i et mottrykk drevet ekstrudering hodet. Cellen peiling bioink ble deretter trykket ved hjelp av de samme programmerte koordinater som brukes for etsing. De bioprinted cellene var i stand til å avføle og reagere på de etsede egenskaper som demonstrert ved deres langstrakte orientering langs retningen av etsede spor.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Den bevisste fordelingen av celle plassering muliggjør dannelsen av kulturer som etterligner in vivo cellulære organisasjon en. Faktisk kan forskning på samspillet mellom flere celletyper bistås av å organisere deres romlige plassering 2,3. De fleste mønster systemer er avhengige av overflaten modifisering prosedyrer for å fremme eller hindre celle adhesjon med påfølgende passiv celle deponering. Bioprinting tilbyr romlig og tidsmessig kontroll over celle distribusjoner 1. I tillegg til disse funksjonene, er bioprinting blitt beskrevet som å være en teknisk enkel, rask og kostnadseffektiv metode for generering av geometrisk kompliserte stillaser 4. Den utnytter datamaskinprogramvare og utforming tillater innføring av celler i fabrikasjonsprosessen 4.

Bioprinting systemer har blitt kategorisert basert på deres arbeidsprinsipper som laser baserte, inkjet-baserte eller ekstrudering basert 4. Extrusion bioprinting har blitt beskrevet som den mest lovende som det lar fabrikasjon av organiserte konstruksjoner av klinisk relevante størrelser innenfor en realistisk tidsramme 4-6. Den er utført av enten mekanisk eller mottrykk assistert ekstrudering av et cellelager hydrogel bioink. I fremgangsmåten presentert her, ble mottrykk anvendt. Som nevnt, blir cellene leveres i en cytocompatible bioink. En slik bioink bør støtte levering av celler uten å frembringe skadelige skjærspenning, og ha en tilstrekkelig viskositet til å beholde integriteten av den trykte spor, uten å bryte sammen eller spredning (referert til som "blekk bleed") 7-10.

Interaksjonen av celler med sitt vedhengende overflate er kjent for å påvirke cellulær oppførsel. Overflaten topografi kan kontrollere cellen form, orientering 11, og selv fenotype. Spesielt har fabrikasjon av spor og kanaler blitt vist å indusereen strukket, langstrakt morfologi på flere celletyper. Vedtakelsen av denne morfologi har blitt funnet å påvirke fenotypen av multipotente og pluripotente celler. For eksempel når justert på sporene, mesenchymale stamceller (MSC) viser tegn på differensiering mot cardiomyocytes 12,13 og vaskulære glatte muskelceller vedta kontraktile fenotype over syntetisk 10,14-17.

Cellen innretting kanaler eller spor kan genereres på en polymeroverflate via en rekke metoder, for eksempel, dyp reaktiv ioneetsing, elektronstråle-litografi, direkte laserutskrift, femtosecond laser, fotolitografi og plasma tørretsing 18. Disse metodene er ofte tidkrevende, krever komplisert apparatur og kan være begrensende i form av mønsteret generert. I tillegg har de ikke synkronisere mønster med bioprinting og ikke tillate for umiddelbar cellularization. Den koordinert bevegelse styres av en automatiskutleveringssystemet kan følge komplekse mønstre for avsetningen av løsninger. Her viser vi hvordan mikroskala-styrt bevegelse kan utnyttes til å skape kanaler for cellen orientering. En skjerpet pennen eller skalpell er festet til skrivehodet i stedet for ekstrudering sprøyten og utstyret kan så etse polymeroverflaten under veiledning av plotte programvare. Fremgangsmåten gir allsidighet i mønsterdesign og er anvendelig til polymere materialer som vanligvis brukes i bioteknologi, slik som polystyren, PTFE, og polykaprolakton. Som et etterfølgende trinn til den etsing, kan celler bioprinted direkte til oppskrapte sporene. Den gelatin bioink benyttet her var i stand til både å opprettholde sporet og la avsatt celler til å oppfatte de etset funksjoner. Stamceller bioprinted til etset sporene ble vist å forlenge langs dem i forskjellige linjer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

NB: Denne protokollen beskriver anvendelsen av et mottrykk assistert robotdispenseringssystem (figur 1A) som et overflateetsing (figur 1B) og ekstrudering-baserte bioprinter (figur 1C) 10.

1. Endring av en polystyren Surface

  1. Bruk 1 mm isopor plater siden polystyren vevskulturplater en tendens til å bøye seg oppover i sentrum, ødelegger høyden konsistensen av både etsing og utskrift.
    MERK: Som polystyren arkene ikke er endret for celle adhesjon, er plasma behandling utført.
  2. Oksygen plasma behandling.
    1. Først velger et trykk på 2 bar på regulatoren av oksygensylinder som er koblet til plasma maskinen. Slå deretter plasma maskinen og innspill følgende forhold inn i maskinens kontrollpanel: 150 W, 30 sscm av oksygen, 10 min (for strøm, gass flyt og tid henholdsvis).
    2. Plasser isopor substrate inn i plasmakammeret, forsegle døren og trykk på startknappen på kontrollpanelet. Bløtoksygenplasma behandles polystyren substrat i kalvefosterserum og inkuberes ved 37 ° C i 2 timer før vasking tre ganger i 1 x fosfatbufret saltvann (PBS).

2. Programmering utskriftsmønstre

  1. Bruk programmet til First Etch overflaten med en stylus eller Scalpel.
    1. Når du bruker en pekepenn, sette inn en 1,5 mm diameter tekstil-pinne (fra innsiden med stor omhu) inn i munnstykket av en doseringssprøyte (enten 5 eller 10 ml) inntil den blir kilt og sikret. Ved å bruke en skalpell, velge en rund håndteres skalpell slik at den kan festes inn i klemmeinnretning av trykkearmen.
      MERK: Pennen etser buede mønstre bedre enn skalpell blad.
    2. Når første forsøk på å skape en bioprinted ordning, skisse ønsket mønster på millimeterpapir med nummererte akser for å generere XY koordinater. Så, jegnput koordinatene etset / bioprinted mønster i regnearkprogram (figur 2).
      MERK: "ønsket mønster" kan være i mange former så som lineære, S-formet eller sirkulær. Valget avhenger av den eksperimentelle modell som kreves, slik som parallelle lineære linjer for differensiering av MSC til kardiomyocytter som demonstrert her. Den punktdiagram funksjonen lar visualisering av den foreslåtte tomten mønster.
    3. Åpne print / dispensering programvare. Velg "Program> Legg til program" etterfulgt av "Edit> Legg til punkt" for å sette opp programmet. Eksportere x og y koordinere verdier hentet fra regnearket inn i print / dispensering programvare ved hjelp av "Kopier og lim" -funksjonen.
    4. Kalibrer "z" height av roboten før hver kjøring for å plassere en stylus / trykkmunnstykke på overflaten.
      1. I print / dispensering programvare, velger du "Robot" alternativet, klikk på "Endre Mode &# 34; og aktivere "Teaching modus". Når du har valgt, gjør at programvaren "Jog" funksjon av roboten.
      2. Å jogge, først initial roboten til standardposisjon ved å velge følgende kommandoer fra menylinjen; "Robot> Meca Initialize", velg deretter "Robot> Jog". Input tallverdiene (i mm) i "X og Y-slots" som kreves for å plassere pekepennen nøyaktig på opprinnelsen av mønsteret.
      3. Deretter skriver inn en tallverdi (i mm) i "Z-sporet" for å plassere pekepennen eller utskrift dyse i kontakt med overflaten, men ikke flex eller rykke overflaten. Dette punktet er betegnet som "Z" startverdien.
        MERK: dybde av hvert spor kan varieres enkelt ved hjelp av Z-høyde av systemet. Sporene 40, 80 og 170 um blir demonstrert å skjære inn i overflaten av 1 mm tykke plater av polystyren (figur 4 og tabell 1).
    5. Velg priv instruksjon for hver av de koordinere poeng, dvs. "starten av linjen fordelings" for å definere det første punktet og print initiering, "Linje Passing" for å utpeke de mellomliggende punkter og "Slutten av linjen fordelings" for å signalisere til roboten til å si opp opplag.
    6. Kommuniser programmet til roboten ved å velge den følge kommandoene fra den øverste menylinjen: "Robot> Send C & T data".
    7. Initiere etsing / opplag, ved å endre roboten til "Run" modus. Gjør dette ved å velge "Robot> Endre modus> Slå Run Mode" fra menylinjen øverst.
    8. Start utskriftsprosedyren ved å trykke på den grønne "Start-knappen" på roboten dispenser konsollen.

3. Utarbeidelse og utskrift av Cell-holdig Gelatin Bioink

  1. Oppløs 2% gelatin i Minimum Essential Medium Alpha medium (aMEM) (supplert med 10% FBS og 2% antibiotikum / antimycotic) ved 60 ° C i 2 timer for å fremstille de bioink løsninger.
  2. Pre-kultur Røde Fluorescent Protein uttrykke stamceller (RFP-MSC) til 70% samløpet i 10 cm vevskulturstudier retter med aMEM / 10% FBS. Slipp de vedlagte celler i suspensjon ved å fjerne medium og belegg med 1x trypsin-EDTA-løsning i 5 minutter ved 37 ° C.
  3. Pellet cellene ved sentrifugering ved 1000 xg i 5 minutter og fjerne supernatanten. Cellepelleten suspenderes i 0,5 ml 1 x PBS og telle celletettheten ved hjelp av et hemocytometer.
  4. Etter at bioink for å avkjøles til romtemperatur, forsiktig blandes i et tilstrekkelig volum til suspensjonen av RFP-MSCer i bioink for å oppnå en sluttkonsentrasjon på 5 x 10 celler 6 ml -1.
  5. Hell cellen lageret bioink inn en utskrift sprøyte med munnstykket forseglet. Chill lastet sprøyten til 4 ° C for å oppnå en trykkbar viskositet.
  6. Plasser lastet sprøyte på automatisertrobot doseringssystemet og feste lufttrykk linjer. Fjern sprøyten Luer segl og fest print munnstykket.
  7. Ekstrudere cellularized bioinks i tynne linjer ved hjelp 0,05 MPa mottrykk, ved 5 mm / sek skrivehastighet fra en 10 ml sprøyte via en 27 G nål / dyse (avsmalnede anbefales over sylindrisk) mot en poly-styrenfilm overflate, som følge av forhåndsprogrammerte avsetning mønsteret er beskrevet i trinn 2.1 for å plassere cellularized bioink på pre-etset grooves.
  8. Etter 1 time inkubering ved romtemperatur, tilsett 10 ml vekstmedium (supplert med 10% FBS og antibiotika) og inkuberes cellene i 24 timer (for å tillate cellene å avføle og reagere på de etsede fasiliteter) før visning ved hjelp av et invertert fluorescens mikroskop på 10X forstørrelse.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

De representative resultater viser at mottrykket assistert robotdoseringssystemet kan brukes som en ekstrudering-baserte bioprinter for å utføre både overflateetsing og bioink trykking (figur 1 A). Den kan brukes for generering av etsede spor i polymeroverflater, og deretter å skrive ut en celle lager bioink direkte til trekkene (figur 1 B og C).

Både etsing og utskrift bestemmes av de programmerte koordinater (figur 2) innspill til print / utlevering programvare som muliggjør utskrift av lineære, buet og radiale mønstre som kreves for programmet (Figur 3 AC). Z-aksen innstillinger tillate kontroll av den etsede mønsterdybde (figur 4 og tabell 1).

etter utskiftingpennen med en hydrogel skrivehode, programmeringsspråket som koordinerte etsing kan gjenbrukes for å aktivere robotdoseringssystemet for å levere cellen peiling bioink direkte til etset sporene etter samme design (figur 3 D og E). Som det kan observeres i figur 5 A og B, stamcellene podet ved bioprinting innenfor bioink eventuelt sediment til overflaten, og avføle og langstrakte langs retningen av den etsende innenfor diskrete linjer. Cellene sås i kulturmedium uten bioprinting innrettet i retning av funksjonene, men de dekket hele overflaten (figur 5 C), som viser at bioink begrenser cellene til den trykte spor. Uten etset funksjoner, celler seeded i kulturmedier viser ingen orientering eller justering (Figur 5 D).

Figur 1
Figure. 1: Det automatiserte robotdoseringssystemet (A) Apparatet ble tilpasset med inkluderingen av en skjerpet pennen (sikret i en sprøyte) sentralt i skrivehodet som etser konsentriske ringer på en polystyren lysbilde (B). Skrivehodet kan deretter bli konvertert til ekstrudere celle peiling gelatin bioink, med mottrykk assistert ekstrudering, og innskudd på tidligere etset mønster (C). Dette tallet har blitt forandret fra Bhuthalingam et al. 2015 10.

Figur 2
Figur 2: Plotting xy-koordinater i et regnearkprogram Skjermen grabb vist her demonstrerer at den plottede xy-koordinater skapt et sinusformet bølgemønster som vist ved kurven plottet.. Disse koordinatene var innspill til plotting programvare bruke kopier / limfunksjon.

Figur 3
Fig. 3: etset mønster allsidighet Koordinatene som er programmert inn i plotting programvare i stand til å etse lineær (A), sinusformet (B) og konsentriske sirkler (C). Sporene etset inn polystyren kan være direkte trykkes på med hydrogelen bioink under det etterfølgende trinn (D) og (E). Dette tallet har blitt forandret fra Bhuthalingam et al. 2015 10.

Figur 4
Fig. 4: Etset spordybde Dybden av etsede spor kan reguleres ved z-aksen kontroll av dispenseringssystemet. Bilder (A) til (C) viser oversiktsvisning og(D) til (E) viser tverrsnitt. Roboten er programmert til å etse overflaten til en dybde på 40 ((A) og (D)), 90 ((B) og (E)) og 180 um ((C) og (F)). Nærheten til programmert dybde og selve etset dybde vises i tabell 1. Dette tallet har blitt forandret fra Bhuthalingam et al. 2015 10.

Figur 5
Figur 5: Bioink levert stamceller RFP-MSC trykt i bioink på de etsede mønstrene kunne kjenne funksjonene som demonstrert av sin langstrakte morfologi og innretting med sporene (A) og (B) sammenlignet med celler sådd på. funksjoner uten bioink (dvs. i kulturmediet) (C </ strong>) og på en ikke-mønstret overflate (D). Dette tallet har blitt forandret fra Bhuthalingam et al. 2015 10.

Programmert dybde (mikrometer) Etset mønsterdybde (mikrometer)
40 35 ± 7
90 81 ± 6
180 175 ± 3

Tabell 1:. Sammenligning av programmert versus faktiske etsning dybden på polystyren Dette tallet har blitt forandret fra Bhuthalingam et al 2015 10..

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Den kritiske trinn i denne prosedyren er selve bioprinting levering av stamceller som prosessen må tillate celle sedimente til funksjoner, skrives ut uten bioink spredning / blødninger, leverer celler uten skjærspenninger celledød og ikke utløser differensiering mot uønsket avstamning.

Dersom forventet celle justeringen mislykkes å skje, så bioink viskositet bør vurderes for sin egnethet for utskrift. Det er viktig at den bioink gjør det mulig for cellene å sedimentere til den mønstrede polymeroverflaten. Konsentrasjonen av bioink polymeren kan reduseres eller dets temperatur økes (opp til et maksimum på 37 ° C), for å redusere viskositeten og fremme cellesedimentering. Imidlertid kan disse reduksjonene føre til at bioink å spre / blø etter utskrift. Her foreslår vi at du bruker 2% gelatin (w / v) oppløst i 1x PBS. Hvis cellekonsentrasjonen post-utskrift vises redusert, da skjærspenningen indusert ved utskrift kan ha kompromittertlevedyktighet av de trykte celler 7. Sjekk cellene i bioink før og etter trykking ved hjelp av en levedyktighet analysen, slik som aktivering av resazurin fluorescens 7. I tillegg, hvis bioprinted stamceller i kontakt med overflaten, men ikke justere, så er det mulig skjærspenningen under trykking reduserte sine multipotency ved å utløse en uønsket differensiering svei. Post-trykk stemness kan vurderes ved fluorescens-aktivert cellesortering (FACS) analyse ved bruk av stamcelle markører slik som CD 29 10,19,20. Hvis det er funnet at skjærspenningen er å ha skadelige effekter på cellene, så bioink trykking viskositeten kan reduseres ved å tilføye eller bytte ut bioink polymer med en skjærtynnings en, slik som alginat, Pluronic F127, hyaluronsyre, gellan-gummi, gelatin-akrylat eller polyetylenoksid 19, 21-25.

Til slutt, andre aspekter som kan optimaliseres inkludere utskrifts mottrykket, bioink celletetthet,og munnstykke diameter. Mottrykket krever optimalisering til viskositeten av bioink og kan endres for å oppnå en diskret ubrutt spor. En høy cellekonsentrasjonen kan øke bioink viskositet og tette skrivehodet. Men dette betyr ekstrudering prosessen tillater utskrift av relativt høyere celletettheter enn andre bioprinting metoder 26,27. Utvelgelsen av trykkmåleren dysen bør tas i betraktning siden med liten diameter dyser kan frembringe en finere spor, men vil være utsatt for tilstopping. Koniske dyser er blitt funnet å fungere bedre siden den samme strømningshastighet kan oppnås som et sylindrisk munnstykke, men ved en lavere skjærspenning dermed bedret cellelevedyktighet 28.

Mottrykket assistert avsetning metode, også referert til som ekstrudering bioprinting, har mindre oppløsning enn andre celle trykke tilnærminger som blekkstråle og laser-assistert metode på grunn av den minimale programmerbare skrittlengde og spredning av EMERGing bioink. Imidlertid er det mottrykk ekstrudering utstyret mest lett modifiseres for å inkludere en etsning pennen. Andre metoder for å produsere sporene som mikro-mønster ved hjelp av fotolitografi fulgt av PDMS molding har vesentlig flere trinn enn robot etsing og metoden er mindre allsidig ved å modifisere eksisterende mønstre eller produsere nye 12,15,29-31.

Denne metoden gir et verktøy for in vitro studier av celleinteraksjoner der plasseringen, orienteringen og anordningen av en eller flere celletyper er viktige. Flere celletyper, inkludert stamceller, fibroblaster og glatte muskelceller er kjent for å justere på overflaten spor 1,10,14,18. De etset mønster, som er presentert her, kan endres og gjengitt svært raskt og med letthet. Dette er av interesse som overflate mønstring med spor har vært brukt i studiet av celleadhesjon, morfologi, migrasjon og stamcelledifferensiering. Videre, jegt har også blitt brukt til nevrale og muskel-skjelett tissue engineering 18, 32,33. Siden sporene spiller en rolle i celledifferensiering eller fenotype regulering av flere celletyper, kan denne metoden brukes til å lage spor, for å hjelpe til differensiering og til å sette cellene i diskrete rader slik at skjermene kan utføres. For tiden er vi vurderer denne metoden for å fremme anisotrop celle arrangement av celler for produksjon av kardiomyocytt celle ark, som den cellulære orienteringen er viktig for funksjonen av hjertevevet 12-14,34.

Tilnærmingen demonstrert her benytter en løselig bioink som etter hvert vil forsvinne. Hvis imidlertid en mer permanent hydrogel dekning er nødvendig, da inkluderingen av mikrobielle transglutaminase kan kryss-kobling og stabilisere protein hydrogeler så som gelatinbaserte de uten skade på cellene 9, 35. Bioinks kan også benytte methacrylated polymerer for UV-initiert crosslinking av cellebærende hydrogeler i cytocompatible måte 36. Men i vår erfaring, ble det funnet at transglutaminase tverrbindingsoverdratt til et forbedret samvirke mellom hydrogel og polymeroverflaten (mindre lett delaminert), og en mer cytocompatible miljø sammenlignet med poly (etylenglykol) diakrylat (PEGDA) hydrogel 37.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Equipment
Robotic Dispensing System Janome 2300N
Plasma Machine Femto Science Covance
USB Microscope
Optical Microscope Olympus IX71
Name Company Catalog Number Comments
Software
Spreadsheet Excel Excel
Printing Co-ordinate Software Janome JR C-Points
Imaging Software National Institutes of Health (NIH) ImageJ
Name Company Catalog Number Comments
Equipment
Stylus (Blade) OLFA AK-5
5 ml printing syringe San-ei Tech SH10LL-B
30 G printing needle San-ei Tech SH30-0.25-B
1 mm polystyrene sheets Purchased locally
Fetal bovine serum Invitrogen  10270-098
Phosphate buffered saline Invitrogen
Gelatin from porcine skin, Gel strength 300, Type A Sigma Aldrich 9000-70-8
αMEM Invitrogen 41061-029
Antibiotc antimycotic Sigma Aldrich A5955-100ML
Red Fluorescent Protein Mesenchymal Stem Cells (RFP-MSCs) Cyagen Biosciences Incorporation RASMX-01201

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Ma, Z., et al. Cell and Organ Printing. Ringeisen , R. B., Spargo, J. B., Wu, K. P. Springer. Netherlands. 137-159 (2010).
  2. Kaji, H., Camci-Unal, G., Langer, R., Khademhosseini, A. Engineering systems for the generation of patterned co-cultures for controlling cell-cell interactions. Biochim Biophys Acta. 1810, (3), 239-250 (2011).
  3. Goubko, C. A., Cao, X. Patterning multiple cell types in co-cultures: A review. Materials Science and Engineering: C. 29, (6), 1855-1868 (2009).
  4. Pati, F., Jang, J., Lee, J. W., Cho, D. W. Essentials of 3D Biofabrication and Translation. Yoo, J. J. Academic Press. 123-152 (2015).
  5. Derby, B. Printing and prototyping of tissues and scaffolds. Science. 338, (6109), 921-926 (2012).
  6. Malda, J., et al. 25th anniversary article: Engineering hydrogels for biofabrication. Adv Mater. 25, (36), 5011-5028 (2013).
  7. Billiet, T., Vandenhaute, M., Schelfhout, J., Van Vlierberghe, S., Dubruel, P. A review of trends and limitations in hydrogel-rapid prototyping for tissue engineering. Biomaterials. 33, (26), 6020-6041 (2012).
  8. Skardal, A. Essentials of 3D Biofabrication and Translation. Yoo, J. J. Academic Press. 1-17 (2015).
  9. Irvine, S. A., et al. Printing cell-laden gelatin constructs by free-form fabrication and enzymatic protein crosslinking. Biomed Microdevices. 17, (1), 16 (2015).
  10. Bhuthalingam, R., et al. A novel 3D printing method for cell alignment and differentiation. International Journal of Bioprinting. 1, 57-65 (2015).
  11. Curtis, A., Wilkinson, C. Topographical control of cells. Biomaterials. 18, (24), 1573-1583 (1997).
  12. Tay, C. Y., et al. Micropatterned matrix directs differentiation of human mesenchymal stem cells towards myocardial lineage. Exp Cell Res. 316, (7), 1159-1168 (2010).
  13. Tay, C. Y., et al. Bio-inspired micropatterned platform to steer stem cell differentiation. Small. 7, (10), 1416-1421 (2011).
  14. Li, H., et al. Direct laser machining-induced topographic pattern promotes up-regulation of myogenic markers in human mesenchymal stem cells. Acta Biomater. 8, (2), 531-539 (2012).
  15. Kolind, K., Leong, K. W., Besenbacher, F., Foss, M. Guidance of stem cell fate on 2D patterned surfaces. Biomaterials. 33, (28), 6626-6633 (2012).
  16. Agrawal, A., et al. Smooth Muscle Cell Alignment and Phenotype Control by Melt Spun Polycaprolactone Fibers for Seeding of Tissue Engineered Blood Vessels. International Journal of Biomaterials. 2015, (2015).
  17. Chang, S., et al. Phenotypic modulation of primary vascular smooth muscle cells by short-term culture on micropatterned substrate. PLoS One. 9, (2), e88089 (2014).
  18. Li, Y., et al. Engineering cell alignment in vitro. Biotechnol Adv. 32, (2), 347-365 (2014).
  19. Blaeser, A., et al. Controlling Shear Stress in 3D Bioprinting is a Key Factor to Balance Printing Resolution and Stem Cell Integrity. Adv Healthc Mater. 5, (3), 326-333 (2016).
  20. Nery, A. A., et al. Human mesenchymal stem cells: From immunophenotyping by flow cytometry to clinical applications. Cytometry Part A. 83A, (1), 48-61 (2013).
  21. Guvendiren, M., Lu, H. D., Burdick, J. A. Shear-thinning hydrogels for biomedical applications. Soft Matter. 8, (2), 260-272 (2012).
  22. Markstedt, K., et al. 3D Bioprinting Human Chondrocytes with Nanocellulose-Alginate Bioink for Cartilage Tissue Engineering Applications. Biomacromolecules. 16, (5), 1489-1496 (2015).
  23. Kolesky, D. B., et al. 3D bioprinting of vascularized, heterogeneous cell-laden tissue constructs. Adv Mater. 26, (19), 3124-3130 (2014).
  24. Merceron, T. K., Murphy, S. V. Essentials of 3D Biofabrication and Translation. Yoo, J. J. Academic Press. 249-270 (2015).
  25. Carrow, J. K., Kerativitayanan, P., Jaiswal, M. K., Lokhande, G., Gaharwar, A. K. Essentials of 3D Biofabrication and Translation. Yoo, J. J. Academic Press. 229-248 (2015).
  26. Lee, K. V., et al. Bioprinting in Regenerative Medicine. Turksen, K. Springer International Publishing. 33-66 (2015).
  27. Ozbolat, I. T., Hospodiuk, M. Current advances and future perspectives in extrusion-based bioprinting. Biomaterials. 76, 321-343 (2016).
  28. Li, M., Tian, X., Schreyer, D. J., Chen, X. Effect of needle geometry on flow rate and cell damage in the dispensing-based biofabrication process. Biotechnol Prog. 27, (6), 1777-1784 (2011).
  29. Nikkhah, M., Edalat, F., Manoucheri, S., Khademhosseini, A. Engineering microscale topographies to control the cell-substrate interface. Biomaterials. 33, (21), 5230-5246 (2012).
  30. Khademhosseini, A., et al. Microfluidic patterning for fabrication of contractile cardiac organoids. Biomed Microdevices. 9, (2), 149-157 (2007).
  31. Chelli, B., et al. Neural cell alignment by patterning gradients of the extracellular matrix protein laminin. Interface Focus. 4, (1), 20130041 (2014).
  32. Aubin, H., et al. Directed 3D cell alignment and elongation in microengineered hydrogels. Biomaterials. 31, (27), 6941-6951 (2010).
  33. Béduer, A., et al. Engineering of adult human neural stem cells differentiation through surface micropatterning. Biomaterials. 33, (2), 504-514 (2012).
  34. Bian, W., Jackman, C. P., Bursac, N. Controlling the structural and functional anisotropy of engineered cardiac tissues. Biofabrication. 6, (2), 024109 (2014).
  35. Chen, P. Y., et al. Fabrication of large perfusable macroporous cell-laden hydrogel scaffolds using microbial transglutaminase. Acta Biomater. 10, (2), 912-920 (2014).
  36. Bertassoni, L. E., et al. Direct-write bioprinting of cell-laden methacrylated gelatin hydrogels. Biofabrication. 6, (2), 024105 (2014).
  37. Zhao, X., et al. 3D patterned substrates for bioartificial blood vessels - The effect of hydrogels on aligned cells on a biomaterial surface. Acta Biomater. 26, 159-168 (2015).
Automatisert Robotic Leveringen Teknikk for Surface Veiledning og Bioprinting Celler
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Bhuthalingam, R., Lim, P. Q., Irvine, S. A., Venkatraman, S. S. Automated Robotic Dispensing Technique for Surface Guidance and Bioprinting of Cells. J. Vis. Exp. (117), e54604, doi:10.3791/54604 (2016).More

Bhuthalingam, R., Lim, P. Q., Irvine, S. A., Venkatraman, S. S. Automated Robotic Dispensing Technique for Surface Guidance and Bioprinting of Cells. J. Vis. Exp. (117), e54604, doi:10.3791/54604 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter