Presentert her er en metode for 3D-bioprinting av gelatin methacryloyl.
Gelatin methacryloyl (GelMA) har blitt et populært biomaterialet innen bioprinting. Avledning av dette materialet er gelatin, som er hydrolysert fra pattedyr kollagen. Således, den arginin-Glycine-aspartic acid (RGD) sekvenser og målrette motiver av matrise metalloproteinase (MMP) forblir på de molekylære kjedene, som bidrar til å oppnå celle vedlegg og degradering. Videre formasjon egenskaper GelMA er allsidig. Den methacrylamide grupper tillate et materiale til å bli raskt krysskoblet under lys bestråling i nærvær av en photoinitiator. Derfor er det fornuftig å etablere egnede metoder for syntetisere av tredimensjonale (3D) strukturer med dette lovende materialet. Imidlertid, dens lav viskositet begrense GelMA ‘ utskriftsevnen. Presentert her er metoder for å gjennomføre 3D bioprinting av GelMA hydrogeler, nemlig fabrikasjon av GelMA mikrosfærer, GelMA fibre, GelMA komplekse strukturer, og GelMA-baserte mikrovæskebasert chips. De resulterende strukturene og biokompatibilitet av materialene samt utskrifts metodene diskuteres. Det antas at denne protokollen kan tjene som en bro mellom tidligere anvendt Biomaterials og GelMA samt bidra til etablering av GelMA-baserte 3D-arkitekturer for biomedisinsk applikasjoner.
Hydrogeler er antatt å være et egnet materiale innen biofabrication1,2,3,4. Blant dem har gelatin methacryloyl (GelMA) blitt en av de mest allsidige Biomaterials, opprinnelig foreslått i 2000 av van den Bulcke et al.5. GelMA er syntetisert ved direkte reaksjon av gelatin med methacrylic yre (MA). Gelatin, som er hydrolysert av pattedyret kollagen, består av mål motiver av matrise metalloproteinase (MMP). Således, in vitro tredimensjonale (3D) vev modeller etablert av GelMA kan ideelt etterligne samspillet mellom celler og ekstracellulære matrise (ECM) in vivo. Videre, arginin-Glycine-aspartic acid (RGD) sekvenser, som er fraværende i enkelte andre hydrogeler som alginater, forblir på molekylære kjeder av GelMA. Dette gjør det mulig å realisere vedlegget av innkapslet celler inne i hydrogel nettverk6. I tillegg er dannelsen evne til GelMA lovende. De methacrylamide gruppene på GelMA molekylære kjeder reagerer med photoinitiator under milde reaksjonsforhold og danner kovalente obligasjoner ved eksponering for lys bestråling. Derfor kan de trykte strukturene raskt krysskoblet for å opprettholde de utformede figurene på en enkel måte.
Basert på disse egenskapene, en rekke felt bruke GelMA å utføre ulike programmer, for eksempel vev engineering, grunnleggende cytologi analyse, narkotika screening, og biosensing. Følgelig har ulike fabrikasjon strategier er også demonstrert7,8,9,10,11,12,13,14. Imidlertid er det fortsatt utfordrende å gjennomføre 3D bioprinting basert på GelMA, som er på grunn av sine fundamentale egenskaper. GelMA er et temperatur følsomt materiale. Under trykkeprosessen, må temperaturen i utskrifts atmosfæren være strengt kontrollert for å opprettholde den fysiske tilstanden til bioink. Dessuten er viskositet av GelMA generelt lavere enn andre vanlige hydrogeler (dvs. alginat, Chitosan, hyaluronsyre, etc.). Imidlertid er andre hindringer overfor når du bygger 3D arkitekturer med dette materialet15.
Denne artikkelen oppsummerer flere tilnærminger for 3D-bioprinting av GelMA foreslått av laboratoriet vårt og beskriver den trykte prøvene (dvs. syntesen av GelMA mikrosfærer, GelMA fibre, GelMA komplekse strukturer, og GelMA-baserte mikrovæskebasert chips). Hver metode har spesialiserte funksjoner og kan vedtas i ulike situasjoner med ulike krav. GelMA-mikrosfærer genereres av en electroassisted-modul, som danner ekstra ekstern elektrisk kraft for å krympe dråpestørrelsen. I form av GelMA fibre, de er ekstrudert av en koaksial bioprinting munnstykke ved hjelp av tyktflytende natrium alginat. I tillegg oppnås etablering av komplekse 3D-strukturer med en bioprinter for digital lys behandling (DLP). Endelig er en to ganger Cross Linking strategi foreslått å bygge GelMA-baserte mikrovæskebasert chips, som kombinerer GelMA hydrogel og tradisjonelle mikrovæskebasert chips. Det antas at denne protokollen er en betydelig oppsummering av GelMA bioprinting strategiene som brukes i laboratoriet vårt, og kan inspirere andre forskere i relative felt.
Denne artikkelen beskriver flere strategier for å dikte GelMA 3D strukturer, nemlig GelMA mikrosfærer, GelMA fibre, GelMA komplekse strukturer, og GelMA-baserte mikrovæskebasert chips. GelMA har lovende biokompatibilitet og formasjon evne og er mye brukt på området biofabrication. Mikrosfære strukturer er egnet for kontrollerte stoffet utgivelse, vev dyrking, og injeksjon i organismer for videre terapi21,22,23,<…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbeidet ble sponset av det nasjonale nøkkel forsknings-og utviklingsprogrammet i Kina (2018YFA0703000), National Nature Science Foundation of China (no. U1609207, 81827804), vitenskaps fondet for Creative Research Groups of the National Natural Science Grunnleggelsen av Kina (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 |