Hier gepresenteerd is een methode voor de 3D bioprinten van gelatine methacryloyl.
Gelatine methacryloyl (GelMA) is uitgegroeid tot een populair biomateriaal op het gebied van bioprinting. De afleiding van dit materiaal is gelatine, die is gehydrolyseerd uit zoogdieren collageen. Zo, de arginine-Glycine-Aspartic acid (RGD) sequenties en doel motieven van Matrix metalloproteinase (MMP) blijven op de moleculaire ketens, die helpen bij het bereiken van celhechting en afbraak. Bovendien zijn de vormings eigenschappen van GelMA veelzijdig. Door de methacrylamidegroepen kan een materiaal snel worden gecrosslinkt onder licht bestraling in aanwezigheid van een foto initiator. Daarom is het verstandig om geschikte methoden te creëren voor het synthetiseren van driedimensionale (3D) structuren met dit veelbelovende materiaal. De lage viscositeit beperkt echter de bedrukbaarheid van GelMA. Hier zijn methoden om 3D-bioprinten van gelma-hydrogels uit te voeren, namelijk de fabricage van gelma-microsferen, gelma-vezels, gelma-complexe structuren en op gelma gebaseerde microfluïdische chips. De resulterende structuren en biocompatibiliteit van de materialen en de druk methoden worden besproken. Er wordt aangenomen dat dit protocol kan fungeren als een brug tussen eerder toegepaste biomaterialen en GelMA, en ook bijdragen tot de oprichting van GelMA-gebaseerde 3D-architecturen voor biomedische toepassingen.
Hydrogels worden beschouwd als een geschikt materiaal op het gebied van biofabricage1,2,3,4. Onder hen is gelatine methacryloyl (GelMA) uitgegroeid tot een van de meest veelzijdige biomaterialen, aanvankelijk voorgesteld in 2000 door van den Bulcke et al.5. GelMA wordt gesynthetiseerd door de directe reactie van gelatine met methacrylaatanhydride (MA). De gelatine, die wordt gehydrolyseerd door het zoogdier collageen, bestaat uit doel motieven van Matrix metalloproteinase (MMP). Zo kunnen in vitro driedimensionale (3D) weefsel modellen die door GelMA zijn vastgesteld, idealiter de interacties tussen cellen en extracellulaire matrix (ECM) in vivo nabootsen. Bovendien, arginine-Glycine-Aspartic acid (RGD) sequenties, die afwezig zijn in sommige andere hydrogels zoals alginaten, blijven op de moleculaire ketens van GelMA. Dit maakt het mogelijk om de gehechtheid van ingekapselde cellen in de hydrogel netwerken6te realiseren. Daarnaast is de vorming van GelMA veelbelovend. De methacrylamidegroepen op de GelMA-moleculaire ketens reageren met de foto initiator onder milde reactieomstandigheden en vormen covalente bindingen bij blootstelling aan licht bestraling. Daarom kunnen de gedrukte structuren snel worden gecrosslinkt om de ontworpen vormen op een eenvoudige manier te onderhouden.
Op basis van deze eigenschappen maakt een reeks velden gebruik van GelMA om verschillende toepassingen uit te voeren, zoals weefsel techniek, basis cytologie-analyse, geneesmiddelen screening en biosensing. Dienovereenkomstig zijn er ook verschillende fabricage strategieën aangetoond7,8,9,10,11,12,13,14. Het is echter nog steeds een uitdaging om 3D-bioprinten uit te voeren op basis van gelma, wat te wijten is aan de fundamentele eigenschappen. GelMA is een temperatuurgevoelig materiaal. Tijdens het drukproces moet de temperatuur van de druk atmosfeer streng worden gecontroleerd om de fysische toestand van de bioink te behouden. Behalve, de viscositeit van GelMA is over het algemeen lager dan andere gemeenschappelijke hydrogels (dat wil zeggen, alginaat, Chitosan, hyaluronzuur, enz.). Er zijn echter andere obstakels voor het bouwen van 3D-architecturen met dit materiaal15.
Dit artikel bevat een overzicht van verschillende benaderingen voor de 3D bioprinten van gelma voorgesteld door ons lab en beschrijft de gedrukte monsters (dat wil zeggen, de synthese van gelma microsferen, gelma vezels, gelma complexe structuren, en gelma gebaseerde microfluïdische chips). Elke methode heeft gespecialiseerde functies en kan in verschillende situaties met verschillende eisen worden aangenomen. GelMA microsferen worden gegenereerd door een elektrogeassisteerde module, die extra externe elektrische kracht vormt om de druppelgrootte te verkleinen. In termen van gelma vezels worden ze geëxtrudeerd door een coaxiale bioprinten nozzle met behulp van viskeuze natrium alginaat. Daarnaast wordt de totstandbrenging van complexe 3D-structuren bereikt met een digitale licht verwerking (DLP) bioprinter. Ten slotte wordt een twee keer crosslinking-strategie voorgesteld om op GelMA gebaseerde microfluïdische chips te bouwen, waarbij GelMA-hydrogel en traditionele microfluidische chips worden gecombineerd. Er wordt aangenomen dat dit protocol is een belangrijke samenvatting van de gelma bioprinten strategieën gebruikt in ons lab en kunnen inspireren andere onderzoekers in relatieve velden.
Dit artikel beschrijft verschillende strategieën om GelMA 3D-constructies te fabriceren, namelijk GelMA-microsferen, GelMA-vezels, GelMA-complexe structuren en op GelMA gebaseerde microfluïdische chips. GelMA heeft veelbelovende biocompatibiliteits-en vormings capaciteiten en wordt op grote schaal gebruikt op het gebied van biofabricage. Microsphere structuren zijn geschikt voor gecontroleerde drug afgifte, weefsel culturing, en injectie in organismen voor verdere therapie21,<sup clas…
The authors have nothing to disclose.
Dit werk werd gesponsord door het National Key Research and Development Program van China (2018YFA0703000), de National Nature Science Foundation of China (No. U1609207, 81827804), het wetenschaps Fonds voor creatieve onderzoeksgroepen van de National Natural Science Oprichting van China (nr. 51821093).
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 |