Summary
العرض هنا هو طريقه لميثاكريلويل البيولوجية ثلاثية الابعاد من الجيلاتين.
Abstract
أصبحت ميثاكريلويل الجيلاتين (GelMA) الحيوية الشعبية في مجال القرصنة البيولوجية. اشتقاق هذه المادة هو الجيلاتين ، والذي تحلل من الكولاجين الثدييات. وهكذا ، فان متواليات حمض ارجينين-الجليس-الاسبارتيك (RGD) والزخارف المستهدفة من المصفوفة الفلزية (التناسبية) تبقي علي السلاسل الجزيئية ، التي تساعد علي تحقيق الخلية المرفقة والتحلل. وعلاوة علي ذلك ، خصائص تشكيل GelMA هي تنوعا. تسمح مجموعات ميثاكرياميد بان تصبح المواد متداخلة بسرعة تحت أشعه الضوء في وجود البادئ الضوئي. ولذلك ، فانه من المنطقي جدا لإنشاء أساليب مناسبه لتوليف ثلاثي الابعاد (3D) الهياكل مع هذه المواد الواعدة. ومع ذلك ، اللزوجة المنخفضة يقيد القابلية للطباعة GelMA. المعروضة هنا هي طرق لتنفيذ القرصنة البيولوجية 3d من الهلام المائي gelma ، وهي تلفيق المجالات المجهرية gelma ، وألياف gelma ، والهياكل المعقدة gelma ، ورقائق ميكروفلويديك القائم علي gelma. وتناقش الهياكل الناتجة والتوافق الإحيائي للمواد فضلا عن أساليب الطباعة. ويعتقد ان هذا البروتوكول قد يكون بمثابه جسر بين حيوي التطبيقية سابقا و GelMA ، فضلا عن المساهمة في إنشاء معماريات 3D المستندة إلى GelMA للتطبيقات الطبية الحيوية.
Introduction
ويعتقد ان المواد الهلامية المائية هي ماده مناسبه في مجال biofabrication1،2،3،4. ومن بينها ، أصبحت ميثاكريلويل الجيلاتين (GelMA) واحده من الحيوي الأكثر تنوعا ، التي اقترحت في البداية في 2000 من قبل فان دن بولكي وآخرون5. يتم توليفها GelMA من قبل رد الفعل المباشر من الجيلاتين مع انهيدريد ميثاكريليك (MA). يتكون الجيلاتين ، الذي تحلله الكولاجين الثدييات ، من الزخارف المستهدفة من المصفوفة الفلزية (التناسبية). وهكذا ، في المختبر ثلاثي الابعاد (3D) نماذج الانسجه التي انشاتها GelMA يمكن ان تحاكي بشكل مثالي التفاعلات بين الخلايا والمصفوفة خارج الخلية (ECM) في الجسم المجري. وعلاوة علي ذلك ، تبقي متواليات حمض ارجينين-غليسين-الاسبارتيك (RGD) ، والتي هي غائبه في بعض الهلام المائي الأخرى مثل الجينات ، علي السلاسل الجزيئية من GelMA. وهذا يجعل من الممكن لتحقيق المرفق من الخلايا مغلفه داخل الشبكات هيدروجيل6. بالاضافه إلى ذلك ، فان قدره التشكيل من GelMA واعده. تتفاعل مجموعات ميثاكرياميد علي سلاسل GelMA الجزيئية مع البادئ تحت ظروف رد الفعل المعتدل وتشكل الروابط الثنائية عند التعرض للإشعاع الخفيف. لذلك ، يمكن ان تكون الهياكل المطبوعة متداخلة بسرعة للحفاظ علي الاشكال المصممة بطريقه بسيطه.
استنادا إلى هذه الخصائص ، سلسله من الحقول الاستفادة من GelMA لتنفيذ التطبيقات المختلفة ، مثل هندسه الانسجه ، وتحليل الخلايا الاساسيه ، وفحص المخدرات ، والاستشعار البيولوجي. ووفقا لذلك ، تم أيضا البرهنة علي مختلف استراتيجيات التصنيع7و8و9و10و11و12و13و14. ومع ذلك ، فانه لا يزال من الصعب تنفيذ 3D بيورينتينج علي أساس GelMA ، والذي يرجع إلى خصائصه الاساسيه. GelMA هي ماده حساسة لدرجه الحرارة. اثناء عمليه الطباعة ، يجب التحكم في درجه حرارة الغلاف الجوي للطباعة بصرامة من أجل الحفاظ علي الحالة المادية للحبر الحيوي. إلى جانب ذلك ، فان لزوجه GelMA اقل عموما من الهلام المائي الشائع الأخرى (اي الجينات ، الشيسان ، حمض الهيالورونيك ، الخ). ومع ذلك ، تواجه عقبات أخرى عند بناء ابنيه 3D مع هذه المواد15.
تلخص هذه المقالة العديد من الطرق للحصول علي المواد البيولوجية ثلاثية الابعاد من gelma التي اقترحها مختبرنا وتصف العينات المطبوعة (اي توليف المجالات المجهرية gelma ، وألياف gelma ، والهياكل المعقدة gelma ، ورقائق ميكروفلويديك المستندة إلى gelma). كل أسلوب لديه وظائف متخصصة ويمكن اعتمادها في حالات مختلفه مع متطلبات مختلفه. يتم إنشاء المجالات المجهرية GelMA بواسطة وحده كهربية ، والتي تشكل قوه كهربائيه خارجيه اضافيه لتقليص حجم القطيرات. من حيث ألياف GelMA ، يتم مقذوف من قبل فوهه بيورينتينج المحورية مع مساعده من الجينات الصوديوم اللزج. الاضافه إلى ذلك ، يتم إنشاء هياكل ثلاثية الابعاد معقده مع المعالجة الضوئية الرقمية (DLP) بيورسانتر. وأخيرا ، يقترح استراتيجية التقاطع مرتين لبناء رقائق ميكروفلويديك المستندة إلى gelma ، والجمع بين هيدروجيل gelma ورقائق التقليدية ميكروفلويديك. ويعتقد ان هذا البروتوكول هو ملخص كبير للاستراتيجيات البيولوجية GelMA المستخدمة في مختبرنا وقد تلهم الباحثين الآخرين في المجالات النسبية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. الخلية الخياطة
- اعداد دولبيكو النسر المتوسطة المعدلة (DMEM) ، تستكمل مع 10 ٪ مصل الأبقار الجنينية (فار) و 1 ٪ البنسلين/ستربتوميسين ، وتستخدم لثقافة الإنسان خليه سرطان الثدي (MDA-231) خطوط والإنسان الوريد الحبل السري الخلية (HUVEC) خطوط.
- اعداد DMEM مع L-الجلوتامين (DMEM/F-12) ، تستكمل مع 10 ٪ والبنسلين 1 ٪/ستربتوميسين ، وتستخدم لثقافة نخاع العظم الخلايا الجذعية (BMSC) خطوط.
- تعيين بيئة الخياطة كما 37 درجه مئوية و 5 ٪ CO2. ثقافة MDA-MB-231 ، HUVEC ، و BMSC ، وتمرير الخلايا في نسبه 1:2 عندما يتم التوصل إلى تقارب 90 ٪.
2. تصنيع المجالات المجهرية GelMA
- طباعه لاعبا أساسيا كما الشكل 1ا مع حمض بوليلتيك (PLA) علي النمذجة ترسب تنصهر (fdm) الطابعة. ضع اثنين من أقطاب الحلقة المعدنية في المباراة الاساسيه.
- قم بتوصيل أقطاب الحلقتين المعدنيتين باعمده أرضيه وايجابيه ، علي التوالي. وضع لوحه معدنيه متصلة مع الجهد العالي تحت القطب الكهربائي حلقه ووضع طبق بتري مع زيت السيليكون علي لوحه معدنيه كجهاز استقبال قطره.
- أذابه جلما المجففة بالتجميد (5 ٪ w/v) والليثيوم فينيل-2 ، 4 ، 6-تريميثيلالبناليفوسفونات (اللفة ، 0.5 ٪ ث/ف) في دولبيكو الفوسفات المخزنة في محلول ملحي (DPBS) كالحبر الحيوي (10 مل). تصفيه الحبر الحيوي من خلال فلتر 0.22 μm لعقم وتسخينه في 37 درجه مئوية حمام المياه لمده 15 دقيقه.
- فصل MDA-ميغابايت-231 الخلايا مع 3 مل من 0.25 ٪ تريبسين-0.02 ٪ الحل أدتا لمده 3 دقائق في 37 درجه مئوية. خلايا الطرد المركزي في أنبوب الطرد المركزي 15 مل في 100 x g ل 5 دقيقه للحصول علي خليه بيليه.
- أزاله الفائقة. خلط بيليه الخلية مع 1 مل من الحبر الحيوي المعد عن طريق الأنابيب ببطء لمنع إنتاج فقاعات.
- ضع 1 مل من الحبر الحيوي (MDA-MB-231) في حقنه معقمه 3 مل. أطعم الحبر الحيوي بقوة الهواء المضغوط (~ 0.5 كيلو باسكال). ضع الحقنه علي المباراة
ملاحظه: يجب التحكم في بيئة الطباعة بدقه عند درجه حرارة 30 درجه مئوية والرطوبة من 50 ٪. - التبديل علي قوه الجهد العالي وتعيين الجهد كما 0 − 4 kV. في وقت واحد ، بدوره علي ضوء الطول الموجي 405 nm إلى تشعبي قطرات gelma في 5 مل من زيت السيليكون.
- صب معظم الجزء من زيت السليكون بعيدا عن طريق التخلص من طبق بيتري. نقل زيت السليكون المتبقية والمجالات المجهرية GelMA إلى أنبوب الطرد المركزي 15 مل باستخدام ملعقة.
- أضافه 5 مل من DPBS ويهز الخليط بشكل موحد. الطرد المركزي أنبوب في 100 x g لمده 5 دقائق وأزاله السائل ماده طافي.
- كرر الخطوة 2.9 3x.
- إخراج المجهرية GelMA مع ملعقة والثقافة لهم في DMEM في صحن بيتري في 37 درجه مئوية و 5 ٪ CO2 لمده 3 أيام.
- تجاهل المتوسطة وغسل المجالات المجهرية مع DPBS. إصلاح مع 2 مل من بارافورمالدهيد 4 ٪ (PFA) لمده 30 دقيقه في درجه حرارة الغرفة (RT).
- تجاهل PFA وغسل المجالات المجهرية مع DPBS. بيركابايز مع 2 مل من 0.5 ٪ السطحي غير الايونيه (اي ، تريتون X-100) لمده 5 دقائق في RT.
- تخلص من السطح غير الأيوني واغسل المجالات المجهرية باستخدام DPBS. وصمه عار لهم مع 2 مل من tetramethylrhodamine (TRITC) phمسبوكه لمده 30 دقيقه في الظلام في RT.
- تجاهل TRITC وغسل المجالات المجهرية مع DPBS. وصمه عار لهم مع 2 مل من 4-، 6-diamidino-2-فينيلانديول (DAPI) لمده 10 دقيقه في الظلام في RT.
- تجاهل DAPI وغسل المجالات المجهرية مع DPBS. القبض علي التشكل مع المجهر مضان البؤري.
3. تصنيع ألياف GelMA
- اعداد فوهه محوريه كما هو مبين في الشكل 2ا. إصلاح فوهه الداخلية (25 G ، OD = 510 μm ، ID = 250 μm) وفوهه الخارجي (18 G ، OD = 1200 μm ، ID = 900 μm) مع لحام. توصيل أنبوب زجاجي (الطول = 50 مم ، داخل القطر = 1.2 مم) إلى نهاية الفوهة المحورية.
- يذوب الصوديوم الجينات (Na-Alg) مسحوق التي يتم تعقيمها تحت الاشعه فوق البنفسجية (UV) الخفيفة لمده 30 دقيقه في الماء منزوع الأيونات في 2 ٪ (w/v).
- اعداد حل الحبر الحيوي العقيمة التالية الخطوة 2.3. سخني المحلول الحيوي GelMA و Na-Alg في حمام ماء 37 درجه مئوية لمده 15 دقيقه.
- فصل الخلايا بي بي اس مع 3 مل من 0.25 ٪ تريبسين-0.02 ٪ الحل أدتا لمده 3 دقائق في 37 درجه مئوية. خلايا الطرد المركزي في أنبوب الطرد المركزي 15 مل في 100 x g ل 5 دقيقه للحصول علي خليه بيليه.
- أزاله السائل سوبرناتانت. خلط بيليه الخلية مع 2 مل من الحبر الحيوي GelMA المعدة من خلال الأنابيب ببطء لمنع إنتاج فقاعات.
- ضع 2 مل من الحبر الحيوي (BMSCs) في حقنه 10 مل. ضع 2 مل من محلول نا-Alg في حقنه أخرى (10 مل). إطعامهم مع اثنين من مضخات حقنه ، علي التوالي (هنا ، الحبر الحيوي في 50 μm/دقيقه و Na-Alg حل في 350 μm/دقيقه).
ملاحظه: يجب التحكم في بيئة الطباعة بدقه عند درجه حرارة 30 درجه مئوية والرطوبة من 50 ٪. - بدوره علي ضوء الطول الموجي 405 nm ليشع أنبوب شفاف لتشعبي ألياف gelma. استخدم طبق بيتري مع DPBS لتلقي ألياف.
- إخراج ألياف GelMA مع ملعقة من DPBS والثقافة لهم لمده 3 أيام في DMEM المعدة/F-12 في 37 درجه مئوية و 5 ٪ CO2.
- اتبع الخطوات 2-12 − 2.16 لاعداد ألياف GelMA للمراقبة المورفولوجية مع المجهر الفلوري البؤري.
4. تصنيع هياكل GelMA معقده 3D
ملاحظه: يظهر الشكل 3ا رسم تخطيطي للهياكل المعقدة لل Gelma ثلاثية الابعاد.
- مسح بيوركانتر DLP (الشكل 3ه) مع 75 ٪ الكحول وتعريضه للاشعه فوق البنفسجية لمده 30 دقيقه لعقم.
- حل GelMA المجففة بالتجميد (10% w/v) واللفة (0.5% w/v) في DPBS. أضف صبغه أرجوانيه صالحه للأكل إلى المحلول (3% v/v) لتحسين دقه الطباعة.
- تصفيه الحل من خلال فلتر 0.22 μm لعقم وتسخينه في 37 درجه مئوية حمام المياه لمده 15 دقيقه.
- بناء النماذج ثلاثية الابعاد مع برامج التصميم بمساعده الكمبيوتر (CAD). استيراد المستندات النموذجية إلى البرنامج العلوي (EFL) من بيوريانتر DLP المطبق.
- أضافه 10 مل من الحبر الحيوي المعد في الحوض الخاص ب DLP بيوروانتر.
- تعيين معلمات الطباعة في البرنامج العلوي علي النحو التالي: كثافة الضوء = 12 ميغاواط/سم2، مده التشعيع = 30 ثانيه ، وارتفاع شريحة = 100 μm. أبدا الطباعة.
- أزاله الهيكل المطبوع من المواد البيولوجية وتزج بها في DPBS في طبق بيتري.
- فصل الخلايا 231s MDA-ميغابايت مع 3 مل من 0.25 ٪ تريبسين-0.02 ٪ الحل أدتا لمده 3 دقائق في 37 درجه مئوية. خلايا الطرد المركزي في 100 x g ل 5 دقيقه في أنبوب 15 مل للحصول علي بيليه الخلية.
- أزاله السائل ماده طافي وتخلط بيليه الخلية مع 2 مل من dmem.
- أضافه 100 μL من تعليق الخلية علي الهياكل المطبوعة. ثقافة لهم لمده 3 أيام في DMEM المعدة في 37 درجه مئوية و 5 ٪ CO2.
- اتبع الخطوات 2-12 − 2.16 لاعداد الهياكل ثلاثية الابعاد المعقدة للمراقبة المورفولوجية مع المجهر المحوري البؤري.
5. تصنيع رقائق ميكروفلويديك المستندة إلى gelma
ملاحظه: يظهر الشكل 4ا رسم التلفيق لرقاقه ميكروفلويدريك المستندة إلى gelma.
- ذوبي GelMA المجففة بالتجميد 10% (w/v) واللفة (0.5% w/v) في DPBS. تصفيه الحل GelMA من خلال فلتر 0.22 μm لعقم.
- تعقيم مسحوق الجيلاتين تحت ضوء الاشعه فوق البنفسجية لمده 30 دقيقه وأضافه إلى الحل GelMA اللفة أعدت في الخطوة 5.1 إلى تركيز النهائي من الجيلاتين من 5 ٪ (w/v). سخني الخليط في حمام ماء 37 درجه مئوية لمده 15 دقيقه.
- تصميم مجموعه من القوالب (الشكل 4ب ، ج) مع برنامج CAD وتصنيعها مع الراتنج فوتوبوليمير علي طابعه DLP.
- ملء قوالب تماما مع الحبر الحيوي المعد.
- وضع القوالب في ثلاجة 4 درجه مئوية لعبور الجيلاتين لمده 30 دقيقه.
- أزاله القوالب وdemold مع شفره جزئيا (جسديا) ورقه هيدروجيل مترابطة من القوالب.
- الجمع بين ورقتي ديمولديد هيدروجيل والسندات لهم مع مساعده من GelMA من قبل يشع في 405 nm لمده 1 دقيقه.
- فصل الخلايا HUVECs مع 3 مل من 0.25 ٪ تريبسين-0.02 ٪ الحل أدتا لمده 3 دقائق في 37 درجه مئوية. خلايا الطرد المركزي في أنبوب الطرد المركزي 15 مل للحصول علي بيليه الخلية في 100 x g لمده 5 دقائق.
- أزاله السائل ماده طافي وتخلط بيليه الخلية مع 2 مل من dmem.
- ملء القناة الدقيقة بالبالكامل عن طريق حقن تعليق الخلية مع فوهه وحقنه.
- الوجه رقاقه راسا علي عقب كل 15 دقيقه خلال القادم 3 ح لتحقيق موحده وكامله البذر الخلية. ثقافة رقائق في طبق بيتري لمده 3 أيام في DMEM المعدة في 37 درجه مئوية و 5 ٪ CO2.
- اتبع الخطوات 2-12 − 2.16 لاعداد رقائق ميكروفلويديك للمراقبة المورفولوجية مع المجهر المحوري البؤري.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
وخلال تصنيع ميكروميميميلجلجما ، تم فصل قطرات GelMA من قبل القوه الميدانية الكهربائية الخارجية. عندما سقطت قطرات في زيت السيليكون المتلقي ، فانها ظلت الشكل القياسي كروي دون ذيول. وذلك لان قطرات GelMA كانت في مرحله مائية ، في حين كان زيت السليكون في مرحله النفط. التوتر السطحي الذي شكل بين المرحلتين تسبب في قطرات GelMA للحفاظ علي شكل كروي القياسية. من حيث المجالات الدقيقة لادن الخلية ، شهدت الخلايا قوه المجال الكهربائية الجهد العالي في هذه العملية. من المورفولوجية من الملون MDA-ميغابايت-231s (الشكل 1B-E) ، وجد ان المغلفة mda-ميغابايت-231s الحفاظ علي قدرتها علي الانتشار ، والتحقق من التوافق الحيوي لهذه الطريقة التصنيع بالكهرباء.
من حيث ألياف GelMA ، وتدفقت GelMA ومحلول الجينات الصوديوم في الفوهات الداخلية والخارجية للفوهة المحورية ، علي التوالي. كما كان الجينات الصوديوم اعلي لزوجه من GelMA ، تم تقييد GelMA في محلول الجينات الصوديوم والحفاظ علي شكل خط. التشعيع بالضوء (405 nm الطول الموجي) تسبب في GelMA الداخلية لتصبح متقاطعة ، وتشكيل ألياف GelMA (الشكل 2ب). الاضافه إلى ذلك ، تم تغليفها بألياف الكريمة التي تغلفها (الشكل 2ج ، د). وكما هو مبين ، فقد احتفظت الشركة بقدرتها علي الانتشار في شبكات الهيدروجيل الخاصة بشركه GelMA بعد عمليه التصنيع (الشكل 2ه).
وقد اختيرت بيوريبين DLP لافتعال هياكل GelMA مع اشكال أكثر تعقيدا. وكما هو مبين في الشكل 3باء – دال، فقد أنشئت هياكل "الأنف" و "الاذن" و "الغرفة المتعددة". علي سطح هياكل GelMA المتداخلة ، والمصنفة HUVECs تعلق علي المواد GelMA وانتشار (الشكل 3و). وهذا يدل علي امكانيه ان إنشاء مركبات GelMA معقده 3D مع مساعده من البيولوجية DLP يحمل إمكانات كبيره في التطبيقات في مجال هندسه الانسجه.
وخلافا لرقاقه ميكروفلويديك التقليدية التي تقوم علي المواد دون خصائص التحلل البيولوجي16،17،18،20 (اي ، الراتنج ، الزجاج ، بوليديميثيلسيلاوكسان [pdms] ، وميثاكريلات بوليميثيل [pmma]) ، وقد ملفقه رقاقه ميكروفلويديك المستندة إلى gelma هنا باستخدام استراتيجية الربط تم ربط عنصرين في الحبر الحيوي علي التوالي. وقد بنيت رقائق مع مختلف القناات الصغيرة من خلال تصميم قوالب مختلفه علي الطلب (الشكل 4ب ، ج). الاضافه إلى ذلك ، تم التحقق من ان HUVECs قد تم البذر في القناات وتعلق علي جدار القناة ، وتشكيل شكل السفينة المجهرية (الشكل 4د ، ه).
الشكل 1: المجالات المجهرية GelMA. (ا) رسم تخطيطي للصناعات المجهرية لل gelma. (ب) صوره المجهر البصري للمجالات المجهرية gelma. (C) صوره المجهر البصري لل MDA-ميغابايت-231s في gelma. (د) عرض ثنائي الابعاد لل F-actin ونواه المغلفة MDA-ميغابايت-231s. (ه) عرض ثلاثي الابعاد لل F-actin ونواه المغلفة MDA-ميغابايت-231s. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: ألياف GelMA. (ا) رسم تخطيطي للألياف من ألياف gelma. (B) صوره المجهر البصري للألياف gelma (مع الحبر الأزرق). (ج) صوره المجهر البؤري المحوري للياف gelma (مع جزيئات الفلورية الخضراء). (د) صوره المجهر البصري لل bmscs في ألياف gelma. (ه) و-actin ونواه من bmscs مغلفه. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: هياكل GelMA المعقدة ثلاثية الابعاد. (ا) رسم تخطيطي للهياكل المعقدة لهياكل Gelma ثلاثية الابعاد. (ب) صوره المجهر البصري لل gelma "الأنف". (ج) صوره المجهر البصري لل gelma "الاذن". (د) صوره المجهر البصري لل gelma "متعددة الحجرات". (ه) المبيدات البيولوجية DLP التطبيقية. (و) و-actin ونواه المصنفة MDA-ميغابايت-231s. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: رقاقه ميكروفلويديك المستندة إلى gelma. (ا) رسم تخطيطي للرقاقة المجهرية المستندة إلى gelma. (ب،ج) صور المجهر البصري لرقاقه ميكروفلويديك المستندة إلى gelma. (د) صوره المجهر البصري لل HUVECs المصنفة علي جدار القناة. (ه) و-actin ونواه من HUVECs المصنفة علي جدار القناة. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
توضح هذه المقالة العديد من الاستراتيجيات لافتعال هياكل gelma 3d ، وهي المجالات المجهرية gelma ، وألياف gelma ، والهياكل المعقدة gelma ، ورقائق ميكروفلويديك المستندة إلى gelma. GelMA قد واعده التوافق الحيوي والقدرة علي تشكيل ويستخدم علي نطاق واسع في مجال biofabrication. الهياكل المجهرية هي مناسبه لإطلاق المخدرات الخاضعة للرقابة ، والانسجه ، وحقن في الكائنات الحية لمزيد من العلاج21،22،23،24،25. لان اللزوجة من الحل GelMA منخفضه ، تشكل تحديا. التالي ، خلال تلفيق المجالات المجهرية GelMA ، تم اختيار مبدا الكتروهيدروديناميك (EHD) لحل هذه المشكلة. وكان الجهد المطبق منخفضا نسبيا ، وتم توليد القطرات المجهرية واحدا تلو الآخر. لافتعال المجالات المجهرية من حجم أصغر ، يمكن زيادة الجهد التطبيقي ، والسائل سيكون في دوله أخرى مع المخروط تايلور26.
بسبب ظاهره الانفجار كولوم ، تم فصل قطرات إسقاط أكثر من الكثافة الكهربائية المفرطة ، مما ادي إلى أصغر المجالات المجهرية GelMA. وعلاوة علي ذلك ، تم تصنيع ألياف GelMA أحاديه المكونات بمساعده فوهه محوريه ومحلول الجينات الصوديوم. تم تطبيق فوهه محوريه هنا. كما ذكر أعلاه ، بسبب اللزوجة المنخفضة من GelMA ، الجينات الصوديوم توفير المقاومة للمساعدة في الحفاظ علي شكل ألياف. هياكل ألياف هيدروجيل هي مناسبه لمحاكاة الانسجه علي شكل ألياف في فيفو (اي ، العضلات والاوعيه ، وما إلى ذلك27،28،29،30،31،32). للياف GelMA مع المكونات أكثر تعقيدا ، يمكن تعديل فوهه بيورينتينغ التطبيقية. علي سبيل المثال ، يمكن تجميع فوهه ثلاثية المحور لتوليد ألياف GelMA متعددة الطبقات.
في إنشاء الهياكل المعقدة GelMA 3D ، وجد ان القرصنة البيولوجية DLP فواصل من خلال عقبه الطباعة الناجمة عن اللزوجة المنخفضة من GelMA. مع مساعده من البرمجيات CAD ، تم تصنيعها بنيات GelMA 3D بناء علي الطلب. وأخيرا ، تم التدليل علي طريقه تصنيع GelMA الجديدة ، وهي استراتيجية الربط المتبادل مرتين ، وتطبيقها علي مزيج من GelMA ورقاقه ميكروفلويدريك التقليدية. الهيدروجيل لديها اعلي التوافق الحيوي ، ويمكن للباحثين تغليف الخلايا داخل الجسم رقاقه. ويمكن زيادة تحسين رقاقه ميكروفلويدريك التي تستند إلى GelMA المقترحة من قبل خلايا تغليف في رقائق لتكون بمثابه نماذج مناسبه في المختبر للكشف عن المخدرات, دراسات التفاعل الخلوي, الخ. ونحن نعتقد ان أساليب تصنيع GelMA الموصوفة هنا سوف تزيد من معدل التنمية في هذا المجال ، ويمكن تطبيقها في مزيد من البحوث الطبية الحيوية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
وليس لدي المؤلفين ما يفصحون عنه.
Acknowledgments
وقد أشرف علي هذا العمل البرنامج الوطني الرئيسي للبحث والتطوير في الصين (2018YFA0703000) ، والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (رقم U1609207 ، 81827804) ، والصندوق العلمي لمجموعات البحوث الابداعيه التابعة للعلوم الطبيعية الوطنية. مؤسسه الصين (رقم 51821093).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 0.22 μm filter membrane | Millipore | ||
| 2-(4-amidinophenyl)-6-indolecarbamidine dihydrochloride (DAPI) | Yeasen Biological Technology Co., Ltd., Shanghai, China | ||
| 3D bioprinter | SuZhou Intelligent Manufacturing Research Institute, SuZhou, China | ||
| 405nm wavelength light | SuZhou Intelligent Manufacturing Research Institute, SuZhou, China | ||
| co-axial nozzle | SuZhou Intelligent Manufacturing Research Institute, SuZhou, China | ||
| confocal fluorescence microscope | OLYMPUS FV3000 | ||
| digital light processing (DLP) bioprinter | SuZhou Intelligent Manufacturing Research Institute, SuZhou, China | ||
| DLP printer | SuZhou Intelligent Manufacturing Research Institute, SuZhou, China | ||
| Dulbecco's Phosphate Buffered Saline (DPBS) | Tangpu Biological Technology Co., Ltd., Hangzhou, China | ||
| Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Tangpu Biological Technology Co., Ltd., Hangzhou, China | ||
| Dulbecco's Modified Eagle Medium with L-glutamine (DMEM/F-12) | Tangpu Biological Technology Co., Ltd., Hangzhou, China | ||
| EFL Software | SuZhou Intelligent Manufacturing Research Institute, SuZhou, China | ||
| fetal bovine serum (FBS) | Tangpu Biological Technology Co., Ltd., Hangzhou, China | ||
| gelatin | Sigma-Aldrich, Shanghai, China | ||
| gelatin methacryloyl (GelMA) | SuZhou Intelligent Manufacturing Research Institute, SuZhou, China | ||
| high voltage power | SuZhou Intelligent Manufacturing Research Institute, SuZhou, China | ||
| lithium phenyl-2, 4, 6-trimethylbenzoylphosphinate (LAP) | SuZhou Intelligent Manufacturing Research Institute, SuZhou, China | ||
| paraformaldehyde | Tangpu Biological Technology Co., Ltd., Hangzhou, China | ||
| penicillin/streptomycin | Tangpu Biological Technology Co., Ltd., Hangzhou, China | ||
| sodium alginate (Na-Alg) | Sigma-Aldrich, Shanghai, China | ||
| TRITC phalloidin | Yeasen Biological Technology Co., Ltd., Shanghai, China | ||
| Triton X-100 | Solarbio Co., Ltd., Shanghai, China |
References
- Ahmed, E. M. Hydrogel: Preparation, characterization, and applications: A review. Journal of Advanced Research. 6 (2), 105-121 (2015).
- Ashton, R. S., Banerjee, A., Punyani, S., Schaffer, D. V., Kane, R. S. Scaffolds based on degradable alginate hydrogels and poly(lactide-co-glycolide) microspheres for stem cell culture. Biomaterials. 28 (36), 5518-5525 (2007).
- 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).
- Saroia, J., et al. A review on biocompatibility nature of hydrogels with 3D printing techniques, tissue engineering application and its future prospective. Bio-Design and Manufacturing. 1 (4), 265-279 (2018).
- Van Den Bulcke, A. I., et al. Structural and Rheological Properties of Methacrylamide Modified Gelatin Hydrogels. Biomacromolecules. 1 (1), 31-38 (2000).
- Sun, M., et al. Synthesis and Properties of Gelatin Methacryloyl (GelMA) Hydrogels and Their Recent Applications in Load-Bearing Tissue. Polymers. 10 (11), 1290 (2018).
- Gao, Q., et al. 3D printing of complex GelMA-based scaffolds with nanoclay. Biofabrication. 11 (3), 035006 (2019).
- Hassanzadeh, P., et al. Ultrastrong and flexible hybrid hydrogels based on solution self-assembly of chitin nanofibers in gelatin methacryloyl (GelMA). Journal of Materials Chemistry B. 4 (15), 2539-2543 (2016).
- McBeth, C., et al. 3D bioprinting of GelMA scaffolds triggers mineral deposition by primary human osteoblasts. Biofabrication. 9 (1), 015009 (2017).
- Nie, J., et al.
- Shao, L., et al. Bioprinting of Cell-Laden Microfiber: Can It Become a Standard Product. Advanced Healthcare Materials. 8 (9), 1900014 (2019).
- Shao, L., et al. Fiber-Based Mini Tissue with Morphology-Controllable GelMA Microfibers. Small. 14 (44), 1802187 (2018).
- Xie, M., et al. Electro-Assisted Bioprinting of Low-Concentration GelMA Microdroplets. Small. 15 (4), 1804216 (2019).
- Yue, K., et al. Synthesis, properties, and biomedical applications of gelatin methacryloyl (GelMA) hydrogels. Biomaterials. 73, 254-271 (2015).
- Schuurman, W., et al. Gelatin-Methacrylamide Hydrogels as Potential Biomaterials for Fabrication of Tissue-Engineered Cartilage Constructs. Macromolecular Bioscience. 13 (5), 551-561 (2013).
- Barbot, A., Decanini, D., Hwang, G. On-chip Microfluidic Multimodal Swimmer toward 3D Navigation. Scientific Reports. 6, 19041 (2016).
- Esmaeilsabzali, H., et al. An integrated microfluidic chip for immunomagnetic detection and isolation of rare prostate cancer cells from blood. Biomedical Microdevices. 18 (1), 22 (2016).
- Lee, J. M., Zhang, M., Yeong, W. Y. Characterization and evaluation of 3D printed microfluidic chip for cell processing. Microfluidics and Nanofluidics. 20 (1), 5 (2016).
- Picot, J., et al. A biomimetic microfluidic chip to study the circulation and mechanical retention of red blood cells in the spleen. American Journal of Hematology. 90 (4), 339-345 (2015).
- Ren, K., Zhou, J., Wu, H. Materials for Microfluidic Chip Fabrication. Accounts of Chemical Research. 46 (11), 2396-2406 (2013).
- Chen, H., et al. Covalently antibacterial alginate-chitosan hydrogel dressing integrated gelatin microspheres containing tetracycline hydrochloride for wound healing. Materials Science and Engineering: C. 70, 287-295 (2017).
- Fan, M., et al. Covalent and injectable chitosan-chondroitin sulfate hydrogels embedded with chitosan microspheres for drug delivery and tissue engineering. Materials Science and Engineering: C. 71, 67-74 (2017).
- Feng, J., et al. Preparation of black-pearl reduced graphene oxide-sodium alginate hydrogel microspheres for adsorbing organic pollutants. Journal of Colloid and Interface Science. 508, 387-395 (2017).
- Park, K. S., Kim, C., Nam, J. O., Kang, S. M., Lee, C. S. Synthesis and characterization of thermosensitive gelatin hydrogel microspheres in a microfluidic system. Macromolecular Research. 24 (6), 529-536 (2016).
- Zheng, Y., et al. Injectable Hydrogel-Microsphere Construct with Sequential Degradation for Locally Synergistic Chemotherapy. ACS Applied Materials, Interfaces. 9 (4), 3487-3496 (2017).
- Fernández de la Mora, J. The Fluid Dynamics of Taylor Cones. Annual Review of Fluid Mechanics. 39 (1), 217-243 (2006).
- Hsiao, A. Y., et al. Smooth muscle-like tissue constructs with circumferentially oriented cells formed by the cell fiber technology. PLoS ONE. 10, 0119010 (2015).
- Meng, Z. J., et al. Microfluidic generation of hollow Ca-alginate microfibers. Lab on a Chip. 16 (14), 2673-2681 (2016).
- Peng, L., Liu, Y., Gong, J., Zhang, K., Ma, J. Continuous fabrication of multi-stimuli responsive graphene oxide composite hydrogel fibres by microfluidics. RSC Advances. 7 (31), 19243-19249 (2017).
- Sugimoto, M., et al. Micropassage-embedding composite hydrogel fibers enable quantitative evaluation of cancer cell invasion under 3D coculture conditions. Lab on a Chip. 18 (9), 1378-1387 (2018).
- Yamada, M., Sugaya, S., Naganuma, Y., Seki, M. Microfluidic synthesis of chemically and physically anisotropic hydrogel microfibers for guided cell growth and networking. Soft Matter. 8 (11), 3122-3130 (2012).
- Gao, G., et al. Tissue engineered bio-blood-vessels constructed using a tissue-specific bioink and 3D coaxial cell printing technique: a novel therapy for ischemic disease. Advanced Functional Materials. 27 (33), 1700798 (2017).
