Summary
Präsentiert hier ist eine Methode für den 3D-Bioprinting von Gelatine Methacryloyl.
Abstract
Gelatine Methacryloyl (GelMA) hat sich zu einem beliebten Biomaterial auf dem Gebiet des Bioprintings. Die Ableitung dieses Materials ist Gelatine, die aus Säugetierkollagen hydrolysiert wird. So verbleiben die Arginin-Glyin-Aspartinsäure(RGD)-Sequenzen und Zielmotive der Matrix-Metalloproteinase (MMP) auf den molekülen Ketten, die zur Zellbindung und -degradierung beitragen. Darüber hinaus sind die Formationseigenschaften von GelMA vielseitig. Die Methacrylamid-Gruppen ermöglichen es, dass ein Material unter Lichtbestrahlung in Gegenwart eines Photoinitiators schnell vernetzt wird. Daher ist es sinnvoll, geeignete Methoden zur Synthese dreidimensionaler (3D) Strukturen mit diesem vielversprechenden Material zu etablieren. Die geringe Viskosität schränkt jedoch die Bedruckbarkeit von GelMA ein. Hier werden Methoden zum 3D-Bioprinting von GelMA-Hydrogelen vorgestellt, nämlich die Herstellung von GelMA-Mikrosphären, GelMA-Fasern, GelMA-Komplexstrukturen und Mikrofluidchips auf GelMA-Basis. Die daraus resultierenden Strukturen und die Biokompatibilität der Materialien sowie die Druckverfahren werden diskutiert. Es wird angenommen, dass dieses Protokoll als Brücke zwischen zuvor verwendeten Biomaterialien und GelMA dienen und zur Etablierung von GelMA-basierten 3D-Architekturen für biomedizinische Anwendungen beitragen kann.
Introduction
Hydrogele gelten als geeignetes Material im Bereich der Biofabrikation1,2,3,4. Unter ihnen ist Gelatine Methacryloyl (GelMA) zu einem der vielseitigsten Biomaterialien geworden, ursprünglich im Jahr 2000 von Van Den Bulcke et al.5vorgeschlagen. GelMA wird durch die direkte Reaktion von Gelatine mit Methacrylanhydrid (MA) synthetisiert. Die Gelatine, die vom Säugetierkollagen hydrolysiert wird, besteht aus Zielmotiven der Matrix-Metalloproteinase (MMP). So können von GelMA erstellte dreidimensionale (3D) Gewebemodelle in vitro idealerweise die Wechselwirkungen zwischen Zellen und extrazellulärer Matrix (ECM) in vivo imitieren. Darüber hinaus verbleiben Arginin-Glycin-Aspartinsäure (RGD)-Sequenzen, die in einigen anderen Hydrogelen wie Alginaten fehlen, auf den molekularen Ketten von GelMA. Dadurch ist es möglich, die Befestigung von gekapselten Zellen innerhalb der Hydrogelnetze zu realisieren6. Darüber hinaus ist die Formationsfähigkeit von GelMA vielversprechend. Die Methacrylamid-Gruppen auf den GelMA-Molekularketten reagieren mit dem Photoinitiator unter milden Reaktionsbedingungen und bilden bei Lichtbestrahlung kovalente Bindungen. Daher können die gedruckten Strukturen schnell vernetzt werden, um die entworfenen Formen auf einfache Weise zu erhalten.
Basierend auf diesen Eigenschaften, eine Reihe von Bereichen verwenden GelMA, um verschiedene Anwendungen durchzuführen, wie Tissue-Engineering, grundlegende Zytologie-Analyse, Arzneimittel-Screening, und Biosensing. Dementsprechend wurden auch verschiedene Fertigungsstrategien7,8,9,10,11,12,13,14gezeigt. Es ist jedoch immer noch eine Herausforderung, 3D-Bioprinting auf Basis von GelMA durchzuführen, was auf seine grundlegenden Eigenschaften zurückzuführen ist. GelMA ist ein temperaturempfindliches Material. Während des Druckprozesses muss die Temperatur der Druckatmosphäre streng kontrolliert werden, um den physikalischen Zustand des Bioinks aufrechtzuerhalten. Außerdem ist die Viskosität von GelMA im Allgemeinen niedriger als bei anderen gängigen Hydrogelen (d. h. Alginat, Chitosan, Hyaluronsäure usw.). Beim Bau von 3D-Architekturen mit diesem Material15stehen jedoch andere Hindernisse auf dem Spiel.
Dieser Artikel fasst mehrere Ansätze für den von unserem Labor vorgeschlagenen 3D-Bioprinting von GelMA zusammen und beschreibt die gedruckten Proben (d. h. die Synthese von GelMA-Mikrosphären, GelMA-Fasern, GelMA-Komplexstrukturen und GelMA-basierten mikrofluidischen Chips). Jede Methode hat spezielle Funktionen und kann in unterschiedlichen Situationen mit unterschiedlichen Anforderungen übernommen werden. GelMA-Mikrosphären werden durch ein elektrogestütztes Modul erzeugt, das zusätzliche externe elektrische Kraft bildet, um die Tröpfchengröße zu verkleinern. In Bezug auf GelMA-Fasern werden sie durch eine koaxiale Bioprinting-Düse mit Hilfe von viskosem Natriumalginat extrudiert. Darüber hinaus wird der Aufbau komplexer 3D-Strukturen mit einem Digital Light Processing (DLP) Bioprinter erreicht. Schließlich wird eine zweimalige Vernetzungsstrategie vorgeschlagen, um Mikrofluidchips auf GelMA-Basis zu bauen, die GelMA-Hydrogel und traditionelle mikrofluidische Chips kombinieren. Es wird angenommen, dass dieses Protokoll eine signifikante Zusammenfassung der GelMA Bioprinting-Strategien in unserem Labor verwendet und kann andere Forscher in relativen Bereichen inspirieren.
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Protocol
1. Zellkultivierung
- Bereiten Sie Dulbeccos modifiziertes Eagle Medium (DMEM) vor, ergänzt durch 10% fetales Rinderserum (FBS) und 1% Penicillin/Streptomycin, das zur Kultur menschlicher Brustkrebszelllinien (MDA-MB-231) und menschlicher Nabelvenenen-Endothelzellen (HUVEC) verwendet wird.
- Bereiten Sie DMEM mit L-Glutamin (DMEM/F-12), ergänzt mit 10% FBS und 1% Penicillin/Streptomycin, verwendet, um Knochenmark mesenchymale Stammzell (BMSC) Linien zu kulturen.
- Stellen Sie die Kultivierungsumgebung auf 37 °C und 5%CO2ein. Kultur MDA-MB-231, HUVEC und BMSC, und durchdurchdurchdies die Zellen in einem 1:2-Verhältnis, wenn 90% Zusammenfluss erreicht wird.
2. Herstellung von GelMA-Mikrosphären
- Drucken Sie die Leuchte als Abbildung 1A mit Polymilchsäure (PLA) auf einem FDM-Drucker (FDM) (FUSED Deposition Modeling). Legen Sie zwei Metallringelektroden in die Halterung.
- Verbinden Sie die beiden Metallringelektroden mit geschliffenen bzw. positiven Polen. Legen Sie die Metallplatte mit der Hochspannung unter der Ringelektrode verbunden und legen Sie eine Petrischale mit Siliziumöl als Tröpfchenempfänger auf die Metallplatte.
- Gefriergetrocknetes GelMA (5% w/v) und Lithiumphenyl-2,4,6-Trimethylbenzoylphosphinat (LAP, 0,5% w/v) in Dulbeccos phosphatgepufferter Salin (DPBS) als Bioink (10 ml) auflösen. Filtern Sie den Bioink durch einen 0,22 m Filter auf Sterilität und erhitzen Sie ihn in einem 37 °C-Wasserbad für 15 min.
- Lösen Sie MDA-MB-231-Zellen mit 3 ml 0,25% Trypsin-0,02% EDTA-Lösung für 3 min bei 37 °C. Zentrifugenzellen in einem 15 ml Zentrifugalrohr bei 100 x g für 5 min, um ein Zellpellet zu erhalten.
- Entfernen Sie den Überstand. Mischen Sie das Zellpellet mit 1 ml zubereitetem Bioink, indem Sie es langsam pipetieren, um die Produktion von Blasen zu verhindern.
- 1 ml Bioink (MDA-MB-231) in eine 3 ml sterile Spritze geben. Füttern Sie den Bioink mit der Kraft der Druckluft (0,5 kPa). Setzen Sie die Spritze auf die Halterung.
HINWEIS: Die Druckumgebung sollte bei einer Temperatur von 30 °C und einer Luftfeuchtigkeit von 50 % streng kontrolliert werden. - Schalten Sie die Hochspannungsleistung ein und stellen Sie die Spannung auf 0 x 4 kV ein. Schalten Sie gleichzeitig das 405 nm Wellenlängenlicht ein, um die GelMA-Tröpfchen in 5 ml Siliziumöl zu vernetzen.
- Gießen Sie den größten Teil des Siliziumöls weg, indem Sie die Petrischale dekantieren. Übertragen Sie das übrig gebliebene Siliziumöl und die GelMA-Mikrosphären mit einem Löffel in ein 15 ml Zentrifugalrohr.
- 5 ml DPBS hinzufügen und die Mischung gleichmäßig schütteln. Zentrifugieren Sie das Rohr bei 100 x g für 5 min und entfernen Sie die überstande Flüssigkeit.
- Wiederholen Sie Schritt 2.9 3x.
- Nehmen Sie die GelMA Mikrosphären mit einem Löffel heraus und kultialten Sie sie in DMEM in einer Petrischale bei 37 °C und 5% CO2 für 3 Tage.
- Entsorgen Sie das Medium und waschen Sie die Mikrosphären mit DPBS. Fix mit 2 ml 4% Paraformaldehyd (PFA) für 30 min bei Raumtemperatur (RT).
- Entsorgen Sie das PFA und waschen Sie die Mikrosphären mit DPBS. Permeabilisieren Sie mit 2 ml 0,5% nichtionischem Tensid (d. h. Triton X-100) für 5 min bei RT.
- Entsorgen Sie das nichtionische Tensid und waschen Sie die Mikrosphären mit DPBS. Färben Sie sie mit 2 ml Tetramethylrhodin (TRITC) Phalloidin für 30 min in Dunkelheit bei RT.
- Entsorgen Sie den TRITC und waschen Sie die Mikrosphären mit DPBS. Färben Sie sie mit 2 ml 4–,6-Diamidino-2-Phenylindole (DAPI) für 10 min in Dunkelheit bei RT.
- Entsorgen Sie die DAPI und waschen Sie die Mikrosphären mit DPBS. Erfassen Sie die Morphologie mit einem konfokalen Fluoreszenzmikroskop.
3. Herstellung von GelMA Fasern
- Bereiten Sie eine Koaxialdüse vor, wie in Abbildung 2Adargestellt. Befestigen Sie eine Innendüse (25 G, OD = 510 m, ID = 250 m) und die Außendüse (18 g, OD = 1200 m, ID = 900 m) mit Löten. Schließen Sie ein Glasrohr (Länge = 50 mm, Innendurchmesser = 1,2 mm) an das Ende der Koaxialdüse an.
- Natriumalginatpulver (Na-Alg) auflösen, das unter ultraviolettem (UV) Licht 30 min in entionisiertem Wasser bei 2% (w/v) sterilisiert wird.
- Bereiten Sie eine sterile Bioink-Lösung nach Schritt 2.3 vor. Erhitzen Sie die GelMA Bioink- und Na-Alg-Lösung in einem 37 °C-Wasserbad für 15 min.
- Lösen Sie BMSCs-Zellen mit 3 ml 0,25% Trypsin-0,02% EDTA-Lösung für 3 min bei 37 °C. Zentrifugenzellen in einem 15 ml Zentrifugalrohr bei 100 x g für 5 min, um ein Zellpellet zu erhalten.
- Entfernen Sie die überstande Flüssigkeit. Mischen Sie das Zellpellet mit 2 ml vorbereitetem GelMA-Bioink, indem Sie es langsam pipetieren, um die Produktion von Blasen zu verhindern.
- 2 ml Bioink (BMSCs) in eine 10 ml Spritze geben. 2 ml Na-Alg-Lösung in eine andere Spritze (10 ml) geben. Füttern Sie sie mit zwei Spritzenpumpen (hier Bioink bei 50 m/min und Na-Alg-Lösung bei 350 m/min).
HINWEIS: Die Druckumgebung sollte bei einer Temperatur von 30 °C und einer Luftfeuchtigkeit von 50 % streng kontrolliert werden. - Schalten Sie das 405 nm Wellenlängenlicht ein, um das transparente Rohr zu bestrahlen, um die GelMA-Fasern zu vernetzen. Verwenden Sie eine Petrischale mit DPBS, um die Fasern zu erhalten.
- Nehmen Sie die GelMA-Fasern mit einem Löffel aus DPBS heraus und beprägen Sie sie 3 Tage lang im präparierten DMEM/F-12 in 37 °C und 5%CO2.
- Befolgen Sie die Schritte 2.12-2.16, um die GelMA-Fasern für die morphologische Beobachtung mit einem konfokalen Fluoreszenzmikroskop vorzubereiten.
4. Herstellung komplexer 3D-GelMA-Strukturen
ANMERKUNG: Abbildung 3A zeigt die Fertigungsskizze der komplexen 3D-GelMA-Strukturen.
- Wischen Sie den DLP-Bioprinter (Abbildung 3E) mit 75% Alkohol ab und setzen Ihn der UV-Bestrahlung 30 min für Sterilität aus.
- Lösen Sie das gefriergetrocknete GelMA (10% w/v) und LAP (0,5% w/v) in DPBS auf. Fügen Sie Magenta-Pigment in die Lösung (3% v/v) ein, um die Druckgenauigkeit zu verbessern.
- Filtern Sie die Lösung durch einen 0,22 m Filter auf Sterilität und erhitzen Sie sie in einem 37 °C-Wasserbad für 15 min.
- Erstellen Sie die 3D-Modelle mit CAD-Software (Computer-Aided Design). Importieren Sie die Modelldokumente in die obere Software (EFL) des angewendeten DLP-Biodruckers.
- 10 ml zubereiteter Bioink in den Trog des DLP-Biodruckers geben.
- Stellen Sie die Druckparameter in der oberen Software wie folgtein: Lichtintensität = 12 mW/cm2 , Bestrahlungsdauer = 30 s und Schnitthöhe = 100 m. Beginnen Sie mit dem Drucken.
- Entfernen Sie die gedruckte Struktur aus dem Bioprinter und tauchen Sie sie in DPBS in eine Petrischale ein.
- Lösen Sie die MDA-MB-231s-Zellen mit 3 ml 0,25% Trypsin-0,02% EDTA-Lösung für 3 min bei 37 °C. Zentrifugenzellen bei 100 x g für 5 min in einem 15 ml-Rohr, um ein Zellpellet zu erhalten.
- Entfernen Sie die überstande Flüssigkeit und mischen Sie das Zellpellet mit 2 ml DMEM.
- Fügen Sie 100 L Zellaufhängung auf die gedruckten Strukturen hinzu. Kultur für 3 Tage im vorbereiteten DMEM bei 37 °C und 5%CO2.
- Befolgen Sie die Schritte 2.12-2.16, um die komplexen 3D-Strukturen für die morphologische Beobachtung mit einem konfokalen Fluoreszenzmikroskop vorzubereiten.
5. Herstellung von Mikrofluidchips auf GelMA-Basis
ANMERKUNG: Abbildung 4A zeigt die Fertigungsskizze des Mikrofluidikchips auf GelMA-Basis.
- Lösen Sie das gefriergetrocknete GelMA 10% (w/v) und LAP (0,5% w/v) in DPBS auf. Filtern Sie die GelMA-Lösung durch einen 0,22-mm-Filter auf Sterilität.
- Sterilisieren Sie das Gelatinepulver 30 min unter UV-Licht und fügen Sie es der gelMA-LAP-Lösung hinzu, die in Schritt 5.1 zu einer Endkonzentration von 5% (w/v) hergestellt wird. Erhitzen Sie das Gemisch in einem 37 °C Wasserbad für 15 min.
- Entwerfen Sie eine Gruppe von Formen (Abbildung 4B,C) mit CAD-Software und fertigen Sie sie mit Photopolymerharz auf einem DLP-Drucker.
- Füllen Sie die Formen vollständig mit dem vorbereiteten Bioink.
- Legen Sie die Formen in einen 4 °C Kühlschrank, um die Gelatine für 30 min zu vernetzen.
- Entfernen Sie die Formen und entnichtgen sie mit einer Klinge die teilweise (physikalisch) vernetzten Hydrogelplatten aus den Formen.
- Kombinieren Sie die beiden entformten Hydrogelplatten und verkleben Sie sie mit Hilfe von GelMA, indem Sie bei 405 nm für 1 min bestrahlen.
- Lösen Sie die HUVECs-Zellen mit 3 ml 0,25% Trypsin-0,02% EDTA-Lösung für 3 min bei 37 °C. Zentrifugenzellen in einem 15 ml Zentrifugalrohr, um ein Zellpellet bei 100 x g für 5 min zu erhalten.
- Entfernen Sie die überstande Flüssigkeit und mischen Sie das Zellpellet mit 2 ml DMEM.
- Füllen Sie den Mikrokanal vollständig, indem Sie die Zellsuspension mit einer Düse und einer Spritze injizieren.
- Drehen Sie den Chip alle 15 min während der nächsten 3 h auf den Kopf, um eine gleichmäßige und vollständige Zellaussaat zu erreichen. Die Chips in der Petrischale 3 Tage lang im präparierten DMEM bei 37 °C und 5%CO2ankulturieren.
- Befolgen Sie die Schritte 2.12-2.16, um die mikrofluidischen Chips für die morphologische Beobachtung mit einem konfokalen Fluoreszenzmikroskop vorzubereiten.
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Representative Results
Bei der Herstellung von GelMA-Mikrosphären wurden die GelMA-Tröpfchen durch die externe elektrische Feldkraft getrennt. Wenn die Tröpfchen in das empfangende Siliziumöl fielen, blieben sie Standard-Sphäroid-Form ohne Schwänze. Dies liegt daran, dass sich die GelMA-Tröpfchen in einer wässrigen Phase befanden, während sich das Siliziumöl in einer Ölphase befand. Die Oberflächenspannung, die sich zwischen den beiden Phasen bildete, führte dazu, dass die GelMA-Tröpfchen eine Standard-Sphäroidform beibeließen. In Bezug auf die zellbeladenen Mikrosphären erlebten die Zellen dabei die elektrische Hochspannungsfeldkraft. Aus der Morphologie der gebeizten MDA-MB-231s (Abbildung 1B–E) wurde festgestellt, dass die gekapselten MDA-MB-231s ihre Streufähigkeit beibehielten und die Biokompatibilität dieser elektrounterstützten Fertigungsmethode überprüften.
In Bezug auf die GelMA-Fasern flossen GelMA- und Natriumalginatlösung in die Innen- bzw. Außendüsen der Koaxialdüse. Da das Natriumalginat eine höhere Viskosität als GelMA hatte, wurde GelMA in der Natriumalginatlösung eingeschränkt und behielt eine Linienform bei. Die Bestrahlung durch Licht (405 nm Wellenlänge) führte dazu, dass das innere GelMA vernetzt wurde und die GelMA-Fasern bildeten (Abbildung 2B). Außerdem wurden BMSCs in den GelMA-Fasern eingekapselt (Abbildung 2C,D). Wie gezeigt, hielten die gekapselten BMSCs die Streufähigkeit in den GelMA-Hydrogelnetzen nach dem Herstellungsprozess aufrecht (Abbildung 2E).
Ein DLP-Bioprinter wurde ausgewählt, um GelMA-Strukturen mit komplexeren Formen herzustellen. Wie in Abbildung 3B-Ddargestellt, wurden die Strukturen von "Nase", "Ohr" und "Multikammer" festgelegt. Auf der Oberfläche der vernetzten GelMA-Strukturen sind die an den GelMA-Materialien befestigten UND ausgebreiteten HUVECs angebracht(Abbildung 3F). Dies zeigte die Möglichkeit, dass der Aufbau von GelMA-komplexen 3D-Strukturen mit Hilfe eines DLP-Bioprinters ein großes Potenzial in Anwendungen im Bereich der Tissue Engineering birgt.
Im Gegensatz zum herkömmlichen mikrofluidischen Chip, der auf Materialien ohne biologische Abbaueigenschaften16,17,18,20 (d.h. Harz, Glas, Polydimethylsiloxan [PDMS] und Polymethylmethacrylat [PMMA]) basiert, wurde hier ein Mikrofluidchip auf GelMA-Basis mit einer zweimal vernetzten Strategie hergestellt. Zwei Komponenten im Bioink wurden sukzessive vernetzt. Chips mit verschiedenen Mikrokanälen wurden durch die Entwicklung verschiedener Formen auf Anfrage gebaut(Abbildung 4B,C). Außerdem wurde überprüft, ob HUVECs in den Kanälen gesät und an der Kanalwand befestigt wurden, wodurch die makroskopische Gefäßform gebildet wurde (Abbildung 4D,E).
Abbildung 1: GelMA-Mikrosphären. (A) Fertigungsskizze der GelMA-Mikrosphären. (B) Optisches Mikroskopbild der GelMA-Mikrosphären. (C) Optisches Mikroskopbild der MDA-MB-231 in GelMA. (D) 2D-Ansicht des F-Aktins und des Kerns der gekapselten MDA-MB-231. (E) 3D-Ansicht des F-Aktins und des Kerns der gekapselten MDA-MB-231. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 2: GelMA-Fasern. (A) Fertigungsskizze der GelMA-Fasern. (B) Optisches Mikroskopbild der GelMA-Fasern (mit blauer Tinte). (C) Konfokales Fluoreszenzmikroskopbild der GelMA-Fasern (mit grünen Fluoreszenzpartikeln). (D) Optisches Mikroskopbild der BMSCs in GelMA-Fasern. (E) Das F-Actin und der Kern der gekapselten BMSCs. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 3: GelMA-komplexe 3D-Strukturen. (A) Fertigungsskizze der komplexen GelMA 3D Strukturen. (B) Optisches Mikroskopbild der GelMA "Nase". (C) Optisches Mikroskopbild des GelMA "Ohr". (D) Optisches Mikroskopbild des GelMA "multichamber". (E) Der angewandte DLP-Bioprinter. (F) Das F-Aktin und der Kern der gesäten MDA-MB-231. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 4: Mikrofluidischer Chip auf GelMA-Basis. (A) Fertigungsskizze des Mikrofluidikchips auf GelMA-Basis. (B,C) Optische Mikroskopbilder des Mikrofluidikchips auf GelMA-Basis. (D) Optisches Mikroskopbild der ausgesäten HUVECs an der Kanalwand. (E) Das F-Aktin und der Kern der gesäten HUVECs an der Kanalwand. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
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Discussion
Dieser Artikel beschreibt mehrere Strategien zur Herstellung von GelMA 3D-Strukturen, nämlich GelMA-Mikrosphären, GelMA-Fasern, GelMA-komplexe Strukturen und Mikrofluidchips auf GelMA-Basis. GelMA verfügt über vielversprechende Biokompatibilitäts- und Formationsfähigkeit und ist im Bereich der Biofertigung weit verbreitet. Mikrosphärenstrukturen eignen sich für kontrollierte Wirkstofffreisetzung, Gewebekultivierung und Injektion in Organismen zur weiteren Therapie21,22,23,24,25. Da die Viskosität der GelMA-Lösung gering ist, ist ihre Bildung eine Herausforderung. So wurde bei der Herstellung der GelMA-Mikrosphären das elektrohydrodynamische (EHD) Prinzip gewählt, um dieses Problem zu lösen. Die eingesetzte Spannung war relativ niedrig, und die Mikrotröpfchen wurden nacheinander erzeugt. Um Mikrosphären kleinerer Größe herzustellen, kann die angelegte Spannung erhöht werden, und die Flüssigkeit wäre in einem anderen Zustand mit dem Taylor-Kegel26.
Aufgrund des Explosionsphänomens Coulomb wurden die Tröpfchen durch ihre übermäßige elektrische Dichte weiter getrennt, was zu kleineren GelMA-Mikrosphären führte. Darüber hinaus wurden monokomponentengelMA Fasern mit Hilfe einer Koaxialdüse und einer Natriumalginatlösung hergestellt. Hier wurde eine Koaxialdüse aufgebracht. Wie oben erwähnt, aufgrund der niedrigen Viskosität von GelMA, Natriumalginat lieferte Widerstand, um die Form der Faser zu erhalten. Hydrogelfaserstrukturen eignen sich zur Nachahmung der faserförmigen Gewebe in vivo (d.h. Muskeln, Gefäße, etc.27,28,29,30,31,32). Bei GelMA-Fasern mit komplizierteren Komponenten kann die aufgebrachte Biodruckdüse weiter modifiziert werden. Beispielsweise kann eine dreilagige Koaxialdüse montiert werden, um mehrschichtige GelMA-Fasern zu erzeugen.
Bei der Etablierung komplexer GelMA 3D-Strukturen wurde festgestellt, dass der DLP-Bioprinter das Druckhindernis durchbricht, das durch die niedrige Viskosität von GelMA verursacht wird. Mit Hilfe von CAD-Software wurden GelMA 3D-Strukturen auf Anfrage gefertigt. Schließlich wurde eine neue GelMA-Fertigungsmethode, die zweimal vernetzte Strategie, demonstriert und auf die Kombination von GelMA und einem traditionellen mikrofluidischen Chip angewendet. Die Hydrogele haben eine höhere Biokompatibilität, und Forscher können Zellen im Chipkörper verkapseln. Der vorgeschlagene Mikrofluidikchip auf GelMA-Basis kann weiter verbessert werden, indem Zellen in den Chips eingekapselt werden, um als geeignete Modelle in vitro für Arzneimittelscreenings, zelluläre Interaktionsstudien usw. zu dienen. Wir glauben, dass die hier beschriebenen Methoden zur Herstellung von GelMA die Entwicklungsrate in diesem Bereich erhöhen und in der weiteren biomedizinischen Forschung angewendet werden können.
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Disclosures
Die Autoren haben nichts zu verraten.
Acknowledgments
Diese Arbeit wurde gefördert vom National Key Research and Development Program of China (2018YFA0703000), der National Nature Science Foundation of China (No.U1609207, 81827804), dem Science Fund for Creative Research Groups of the National Natural Science Gründung Chinas (Nr. 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 |
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