Summary
Burada sunulan jelatin metakril 3D biyobaskı için bir yöntemdir.
Abstract
Jelatin metakrilopil (GelMA) biyobaskı alanında popüler bir biyomalzeme haline gelmiştir. Bu malzemenin türevi jelatin, hangi memeli kollajen hidrolize edilir. Böylece, arginin-glisin-aspartik asit (RGD) dizileri ve matris metalloproteinaz hedef motifleri (MMP) hücre eki ve bozulma elde yardımcı moleküler zincirleri üzerinde kalır. Ayrıca GelMA'nın oluşum özellikleri çok yönlüdür. Methacrylamid grupları bir materyalin bir fotobaşlatıcının varlığında ışık Radyasyonu altında hızla çapraz bağlanmasına izin verir. Bu nedenle, bu umut verici malzeme ile üç boyutlu (3D) yapıların sentezlemek için uygun yöntemler kurmak için büyük mantıklı. Ancak, düşük viskozitesi GelMA'nın yazdırılabilirliğini kısıtlar. Burada Sunulan yöntemler GelMA hidrojellerin 3D biyobaskı yürütmek için, yani GelMA mikroküreler, GelMA lifleri, GelMA karmaşık yapılar ve GelMA tabanlı mikroakışkan yongaları imalatı. Ortaya çıkan yapılar ve malzemelerin biyouyumluluğu ve baskı yöntemleri tartışılmıştır. Bu protokolün daha önce uygulanan biyomalzemeler ve GelMA arasında bir köprü görevi görebileceğine ve biyomedikal uygulamalar için GelMA tabanlı 3D mimarilerin kurulmasına katkıda bulunabileceğine inanılmaktadır.
Introduction
Hidrojellerin biyofabrikasyon alanında uygun bir malzeme olduğu düşünülmektedir1,2,3,4. Bunlar arasında, jelatin metakrilopil (GelMA) en çok yönlü biyomalzemelerden biri haline gelmiştir, başlangıçta Van Den Bulcke ve ark.5tarafından 2000 yılında önerilen . GelMA metakrilik anhidrit (MA) ile jelatin doğrudan reaksiyon uğrama ile sentezlenir. Memeli kollajen tarafından hidrolize edilen jelatin, matris metalloproteinaz (MMP) hedef motiflerinden oluşur. Böylece, In vitro üç boyutlu (3D) doku modelleri GelMA tarafından kurulan ideal olarak hücre ve ekstrasellüler matriks arasındaki etkileşimleri taklit edebilir (ECM) in vivo. Ayrıca aljinat gibi diğer bazı hidrojellerde bulunmayan arginin-glisin-aspartik asit (RGD) dizileri GelMA'nın moleküler zincirlerinde kalır. Bu mümkün hidrojel ağları içinde kapsüllü hücrelerin eki gerçekleştirmek için yapar6. Ayrıca, GelMA oluşumu yeteneği umut vericidir. GelMA moleküler zincirlerindeki methacrylamid grupları hafif reaksiyon koşullarında fotobaşlatıcı ile reaksiyona girer ve ışık ışınlanmasına maruz kalındığında kovalent bağlar oluştururlar. Bu nedenle, yazdırılan yapılar, tasarlanan şekilleri basit bir şekilde korumak için hızla çapraz bağlanabilir.
Bu özelliklere dayanarak, doku mühendisliği, temel sitoloji analizi, ilaç taraması ve biyosensing gibi çeşitli uygulamaları yürütmek için bir dizi alan GelMA kullanır. Buna göre, çeşitli üretim stratejileri de7,8,9,10,11,12,13,14gösterilmiştir . Ancak, hala gelma dayalı 3D biyobaskı yürütmek için zor, hangi temel özellikleri nedeniyle. GelMA ısıya duyarlı bir malzemedir. Baskı işlemi sırasında, biyoink fiziksel durumunu korumak için baskı atmosferinin sıcaklığı sıkı bir şekilde kontrol edilmelidir. Ayrıca, GelMA viskozitesi genellikle diğer ortak hidrojellere göre daha düşüktür (yani, aljinat, kitosan, hyaluronik asit, vb.). Ancak, bu malzeme15ile 3D mimarileri inşa ederken diğer engellerle karşı karşıyayız.
Bu makalede, laboratuarımız tarafından önerilen GelMA'nın 3Boyutlu biyobaskısı için çeşitli yaklaşımlar özetlenir ve basılı numuneler (örneğin, GelMA mikrokürelerinin sentezi, GelMA lifleri, GelMA karmaşık yapıları ve GelMA tabanlı mikroakışkan yongalar) açıklanmaktadır. Her yöntem özel işlevleri vardır ve farklı gereksinimleri ile farklı durumlarda kabul edilebilir. GelMA mikroküreler damlacık boyutunu küçültmek için ekstra dış elektrik kuvveti oluşturan bir elektrodestekli modül tarafından oluşturulur. GelMA lifleri açısından, viskoz sodyum aljinat yardımı ile koaksiyel biyobaskı meme tarafından ekstrüzyon vardır. Buna ek olarak, karmaşık 3D yapıların kurulması bir dijital ışık işleme (DLP) biyoyazıcı ile elde edilir. Son olarak, gelma hidrojel ve geleneksel mikroakışkan yongaları birleştirerek, GelMA tabanlı mikroakışkan yongaları oluşturmak için iki kez crosslinking stratejisi önerilmektedir. Bu protokolün laboratuarımızda kullanılan GelMA biyobaskı stratejilerinin önemli bir özeti olduğuna ve göreceli alanlardaki diğer araştırmacılara ilham kaynağı olabileceğine inanılmaktadır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Hücre culturing
- Hazırlamak Dulbecco değiştirilmiş Eagle orta (DMEM), ile takviye 10% fetal sığır serumu (FBS) ve 1% penisilin / streptomisin, kültür insan meme kanseri hücresi için kullanılan (MDA-MB-231) hatları ve insan umbilical ven endotel hücresi (HUVEC) hatları.
- L-glutamin ile DMEM hazırlayın (DMEM/F-12), ile takviye 10% FBS ve 1% penisilin / streptomisin, kültür kemik iliği mezenkimal kök hücre için kullanılan (BMSC).
- Kültür ortamını 37 °C ve %5 CO2olarak ayarlayın. Kültür MDA-MB-231, HUVEC ve BMSC ve %90 birleştiğinde hücreleri 1:2 oranında geçiş.
2. GelMA mikrokürelerinin imalatı
- Fikstürü, erimiş bir biriktirme modelleme (FDM) yazıcıya polilaktik asit (PLA) içeren Şekil 1A olarak yazdırın. Fikstüre iki metal halka elektrot yerleştirin.
- İki metal halka elektrotlarını sırasıyla zemin ve pozitif kutuplarla bağlayın. Halka elektrotun altına yüksek voltajla bağlanan metal plakayı yerleştirin ve damlacık alıcısı olarak metal plakaya silikon yağı içeren bir Petri kabı yerleştirin.
- Dondurularak kurutulmuş GelMA (%5 w/v) ve lityum fenil-2,4,6-trimethylbenzoilphosphinate (LAP, %0.5 w/v) Dulbecco fosfat tamponlu salin (DPBS) biyoink (10 mL) olarak çözünür. Bioink'i sterilite için 0,22 μm'lik bir filtreden geçirin ve 37 °C'lik bir su banyosunda 15 dakika ısıtın.
- 3 dk 3 7 °C'de 3 dk için %0,25 tripsin-0,02% EDTA çözeltisi ile MDA-MB-231 hücrelerini ayırın. Bir hücre pelet elde etmek için 100 x g 15 mL santrifüj tüp içinde santrifüj hücreleri 5 dk.
- Supernatant çıkarın. Kabarcıkların üretimini önlemek için yavaş yavaş borulama tarafından hazırlanan bioink 1 mL ile hücre pelet karıştırın.
- 3 mL steril şırınga içine 1 mL bioink (MDA-MB-231) yerleştirin. Biyoink'ü basınçlı hava kuvveti (~0,5 kPa) ile besleyin. Şırıngayı fikstüre koy.
NOT: Baskı ortamı 30 °C sıcaklıkta ve nem %50 oranında sıkı bir şekilde kontrol edilmelidir. - Yüksek gerilim gücünü açın ve voltajı 0−4 kV olarak ayarlayın. Aynı anda, 405 nm dalga boyu ışığını açaşıyın ve GelMA damlacıklarını 5 mL silikon yağıyla birbirine bağlayın.
- Petri kabını dekanting ederek silikon yağının büyük bir kısmını dökün. Kalan silikon yağı ve GelMA mikrokürelerini bir kaşık kullanarak 15 mL'lik santrifüj tüpüne aktarın.
- DPBS 5 mL ekleyin ve eşit karışımı sallayın. Tüpü 100 x g'de 5 dk santrifüj edin ve süpernatant sıvısını çıkarın.
- Adımı tekrarlayın 2.9 3x.
- GelMA mikrosferlerini bir kaşıkla çıkarın ve 37 °C'de petri kabında DMEM'de 3 gün boyunca %5 CO2'de kültürlendirin.
- Ortamı atın ve mikroküreleri DPBS ile yıkayın. Oda sıcaklığında (RT) 30 dakika boyunca %4 paraformaldehit (PFA) 2 mL ile düzeltin.
- PFA atın ve DPBS ile mikroküreler yıkayın. RT'de 5 dakika boyunca %0,5 noniyonik yüzey aktif maddenin (yani Triton X-100) 2 mL ile permeabilize olun.
- Noniyonik yüzey aktif maddeyi atın ve mikroküreleri DPBS ile yıkayın. RT'de karanlıkta 30 dakika boyunca 2 mL tetrametilrhodamine (TRITC) phalloidin ile lekeleyin.
- TRITC atın ve DPBS ile mikroküreler yıkayın. RT karanlıkta 10 dakika boyunca 4-,6-diamidino-2-fenilindole (DAPI) 2 mL ile lekeleyin.
- DAPI'yi atın ve mikroküreleri DPBS ile yıkayın. Bir konfokal floresan mikroskobu ile morfolojiyakalayın.
3. GelMA lifleri imalatı
- Şekil 2A'dagösterildiği gibi koaksiyel bir meme hazırlayın. Bir iç meme (25 G, OD = 510 μm, ID = 250 μm) ve dış meme (18 G, OD = 1200 μm, ID = 900 μm) lehimleme ile düzeltin. Koaksiyel nozulun sonuna cam bir tüp (uzunluk = 50 mm, iç çap = 1,2 mm) bağlayın.
- Ultraviyole (UV) ışığı altında sterilize edilen sodyum aljinat (Na-Alg) tozunu 30 dk deiyonize suda %2 oranında (w/v) çözün.
- Adım 2.3'ün ardından steril bir biyoink çözeltisi hazırlayın. GelMA bioink ve Na-Alg çözeltisini 37 °C'lik su banyosunda 15 dakika ısıtın.
- 3 mL%0,25 tripsin-0,02% EDTA çözeltisi ile 3 dk 37 °C'de bmsc hücrelerini ayırın. Bir hücre pelet elde etmek için 100 x g 15 mL santrifüj tüp içinde santrifüj hücreleri 5 dk.
- Süpernatant sıvısını çıkarın. Kabarcıkların üretimini önlemek için yavaş yavaş pipetleme tarafından hazırlanan GelMA bioink 2 mL ile hücre pelet karıştırın.
- 10 mL'lik bir şırıngaya 2 mL bioink (BMSC) yerleştirin. 2 mL Na-Alg çözeltisini başka bir şırınganın içine yerleştirin (10 mL). Onları sırasıyla iki şırınga pompasıile besleyin (burada, bioink 50 m/dk ve Na-Alg çözeltisi 350 m/dk).
NOT: Baskı ortamı 30 °C sıcaklıkta ve nem %50 oranında sıkı bir şekilde kontrol edilmelidir. - GelMA liflerini çapraz bağlamak için şeffaf tüpü ışınlamak için 405 nm dalga boyu ışığını açın. Lifleri almak için DPBS ile bir Petri kabı kullanın.
- GELMA liflerini DPBS'den bir kaşıkla çıkarın ve 37 °C'de hazırlanan DMEM/F-12'de 3 gün boyunca ve %5 CO2'dekültürleyin.
- GelMA liflerini konfokal floresan mikroskobu yla morfolojik gözleme hazırlamak için 2.12−2.16 adımlarını izleyin.
4. Kompleks 3D GelMA yapılarının imalatı
NOT: Şekil 3A karmaşık 3D GelMA yapılarının üretim krokisini gösterir.
- DLP biyoyazıcıyı(Şekil 3E)%75 alkolle silin ve sterilite için 30 dakika boyunca UV ışınlamaya maruz bırakın.
- DPBS'de dondurulmuş kurutulmuş GelMA (%10 w/v) ve LAP (%0,5 w/v) çözün. Baskı doğruluğunu artırmak için çözeltiye (%3 v/v) macenta yenilebilir pigment ekleyin.
- Çözeltiyi sterilite için 0,22 μm'lik bir filtreden geçirin ve 37 °C'lik bir su banyosunda 15 dakika ısıtın.
- Bilgisayar destekli tasarım (CAD) yazılımı ile 3B modeller oluşturun. Model belgelerini uygulanan DLP biyoyazıcının üst yazılımına (EFL) aktarın.
- DLP biyoyazıcının çukuruna 10 mL hazırlanmış bioink ekleyin.
- Üst yazılımdaki yazdırma parametrelerini aşağıdaki gibi ayarlayın: ışık yoğunluğu = 12 mW/cm2, ışınlama süresi = 30 s ve dilim yüksekliği = 100 μm. Yazdırmaya başlayın.
- Yazdırılan yapıyı biyoyazıcıdan çıkarın ve bir Petri kabına DPBS'ye batırın.
- MDA-MB-231s hücrelerini 3 mL %0,25 tripsin-0,02% EDTA çözeltisi ile 3 dk 37 °C'de ayırın. Bir hücre pelet elde etmek için 15 mL tüp 5 dakika için 100 x g santrifüj hücreleri.
- Supernatant sıvısını çıkarın ve hücre peletini 2 mL DMEM ile karıştırın.
- Yazdırılan yapılara 100 μL hücre süspansiyonu ekleyin. 37 °C ve %5 CO2'dehazırlanan DMEM'de 3 gün boyunca kültür balıkçılları.
- Karmaşık 3B yapıları konfokal floresan mikroskobu yla morfolojik gözleme hazırlamak için 2.12−2.16 adımlarını izleyin.
5. GelMA bazlı mikroakışkan yongaların imalatı
NOT: Şekil 4A, GelMA tabanlı mikroakışkan çipin üretim krokisini gösterir.
- DPBS'de dondurulmuş olarak kurutulmuş GelMA %10 (w/v) ve LAP (%0,5 w/v) çözün. Sterilite için GelMA çözeltisini 0,22 m filtreden filtreleyin.
- Jelatin tozunu UV ışığı altında 30 dakika sterilize edin ve adım 5.1'de hazırlanan GelMA-LAP çözeltisine ilave edin ve %5'lik (w/v) son jelatin konsantrasyonuna ekleyin. Karışımı 37 °C'lik bir su banyosunda 15 dk ısıtın.
- CAD yazılımı ile bir kalıp grubu(Şekil 4B,C)tasarlayın ve bunları Bir DLP yazıcıda fotopolimer reçine ile üretin.
- Kalıpları hazırlanmış bioink ile tamamen doldurun.
- 30 dakika boyunca jelatin çapraz bağlamak için 4 ° C buzdolabı içine kalıpları koyun.
- Kalıpları çıkarın ve kalıplardan kısmen (fiziksel) çapraz hidrojel levhalar bir bıçak ile demold çıkarın.
- İki kalıplı hidrojel levhaları birleştirin ve 1 dk için 405 nm'de ışınlayarak GelMA yardımı ile bağlayın.
- 3 7 °C'de 3 dk için %0,25 tripsin-0,02% EDTA çözeltisi ile HUVECs hücrelerini ayırın. 15 mL santrifüj tüpteki santrifüj hücreleri 100 x g'de 5 dk hücre peleti elde etmek için.
- Supernatant sıvısını çıkarın ve hücre peletini 2 mL DMEM ile karıştırın.
- Hücre süspansiyonuna bir meme ve şırınga enjekte ederek mikrokanalı tamamen doldurun.
- Üniforma ve tam hücre tohumlama elde etmek için sonraki 3 saat boyunca her 15 dakikada bir çipters çevirin. Kültür 37 °C ve% 5 CO2hazırlanan DMEM 3 gün boyunca Petri çanak cips .
- Mikroakışkan yongaları konfokal floresan mikroskobu ile morfolojik gözleme hazırlamak için 2.12−2.16 adımlarını takip edin.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
GelMA mikrokürelerinin imalatı sırasında, GelMA damlacıkları dış elektrik alan kuvveti ile ayrıldı. Damlacıklar alıcı silikon yağı içine düştüğünde, onlar kuyrukları olmadan standart küresel şekil kaldı. JelMA damlacıkları sulu fazda iken, silikon yağı bir yağ fazı idi olmasıdır. İki evre arasında oluşan yüzey gerilimi GelMA damlacıklarının standart bir küresel şekil tutmasına neden oldu. Hücre yüklü mikrosferler açısından, hücreler bu süreçte yüksek voltajlı elektrik alan kuvveti yaşadı. Lekeli MDA-MB-231s(Şekil 1B–E)morfolojisinden, kapsüllenmiş MDA-MB-231'lerin bu elektro destekli üretim yönteminin biyouyumluluğunu doğrulayarak yayılma yeteneğini koruduğu bulunmuştur.
GelMA lifleri açısından, GelMA ve sodyum aljinat çözeltisi koaksiyel nozulun iç ve dış memelerinde sırasıyla aktı. Sodyum aljinat GelMA'dan daha yüksek viskoziteye sahip olduğundan, GelMA sodyum aljinat çözeltisinde kısıtlandı ve bir çizgi şekli korundu. Işıkla ışınlama (405 nm dalga boyu) iç GelMA'nın çapraz bağlanmasına neden olarak GelMA liflerini oluşturur (Şekil 2B). Ayrıca, BmSC'ler GelMA liflerinde kapsüllenmiştir (Şekil 2C,D). Görüldüğü gibi, kapsüllü BMSC'ler üretim sürecinden sonra GelMA hidrojel şebekelerinde yayılma yeteneğini korumuştur(Şekil 2E).
Bir DLP biyoyazıcı daha karmaşık şekiller ile GelMA yapıları imal etmek için seçildi. Şekil 3B-D'degösterildiği gibi "burun", "kulak" ve "çok odalı" yapıları oluşturulmuştur. Çapraz bağlanmış GelMA yapılarının yüzeyinde, GelMA malzemelerine bağlı ve yayılımı olan tohumlu HUVEC'ler (Şekil 3F). Bu bir DLP biyoyazıcı yardımıyla GelMA karmaşık 3D yapıların kurulması doku mühendisliği alanında uygulamalarda büyük bir potansiyele sahip olasılığını gösterdi.
Biyolojik bozunma özellikleri olmayan malzemelere dayanan geleneksel mikroakışkan yonganın aksine16,17,18,20 (yani, reçine, cam, polidimethylsiloxane [PDMS], ve polimetil metakrilat [PMMA]), GelMA tabanlı mikroakışkan çip burada iki kez çapraz bağlama stratejisi kullanılarak imal edilmiştir. Bioink'teki iki bileşen art arda birbirine bağlandı. Çeşitli mikrokanallı yongalar talep üzerine farklı kalıplar tasarlayarak inşa edilmiştir(Şekil 4B,C). Ayrıca, HUVECs kanallarda tohumlanmış ve kanal duvarına bağlı olduğu doğrulandı, makroskopik damar şekli oluşturan(Şekil 4D,E).
Şekil 1: GelMA mikroküreleri. (A) GelMA mikrokürelerinin üretim krokisi. (B) GelMA mikrosferlerinin optik mikroskop görüntüsü. (C) GelMA'daki MDA-MB-231'lerin optik mikroskop görüntüsü. (D) Kapsüllü MDA-MB-231'lerin F-aktin ve çekirdeğinin 2B görünümü. (E) Kapsüllü MDA-MB-231'lerin F-aktinin ve çekirdeğinin 3Boyutlu görünümü. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: GelMA lifleri. (A) GelMA liflerinin üretim krokisi. (B) GelMA liflerinin optik mikroskop görüntüsü (mavi mürekkepli). (C) GelMA liflerinin konfokal floresan mikroskop görüntüsü (yeşil floresan parçacıkları ile). (D) GelMA fiberlerinde BMSC'lerin optik mikroskop görüntüsü. (E) Kapsüllenmiş BMSC'lerin F-aktin ve çekirdeği.
Şekil 3: GelMA kompleksi 3B yapılar. (A) Karmaşık GelMA 3B yapıların üretim krokisi. (B) GelMA "burun" optik mikroskop görüntüsü. (C) GelMA "kulak" optik mikroskop görüntüsü. (D) GelMA optik mikroskop görüntüsü "çok odalı". (E) Uygulanan DLP biyoyazıcı. (F) Tohumlu MDA-MB-231'lerin F-aktin ve çekirdeği. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: GelMA bazlı mikroakışkan çip. (A) GelMA bazlı mikroakışkan çipin üretim krokisi. (B,C) GelMA tabanlı mikroakışkan çipin optik mikroskop görüntüleri. (D) Kanal duvarındaki tohumlu HUVEC'lerin optik mikroskop görüntüsü. (E) Kanal duvarındaki tohumlu HUVEC'lerin F-aktin ve çekirdeği. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bu makalede, GelMA 3D yapıları, yani GelMA mikroküreler, GelMA lifleri, GelMA karmaşık yapıları ve GelMA tabanlı mikroakışkan yongaları imal etmek için çeşitli stratejiler açıklanmaktadır. GelMA umut verici biyouyumluluk ve oluşum yeteneğine sahiptir ve biyofabrikasyon alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. Mikrosfer yapıları kontrollü ilaç salınımı için uygundur, doku culturing, ve daha fazla tedavi için organizmalar içine enjeksiyon21,22,23,24,25. GelMA çözeltisinin viskozitesi düşük olduğundan, oluşumu zordur. Böylece GelMA mikrokürelerinin imalatı sırasında bu sorunu çözmek için elektrohidrodinamik (EHD) prensibi seçilmiştir. Uygulanan gerilim nispeten düşüktü ve mikrodropletler birer birer üretildi. Daha küçük boyutta mikroküreler imal etmek için, uygulanan gerilim artırılabilir ve sıvı Taylor konisi ile başka bir durumda olacaktır26.
Coulomb patlama fenomeni nedeniyle, damlayan damlacıklar aşırı elektrik yoğunluğu ile daha da ayrılarak daha küçük GelMA mikrosferlerine yol açtı. Ayrıca, monokomponeksmal GelMA lifleri koaksiyel nozul ve sodyum aljinat çözeltisi yardımıyla imal edildi. Burada koaksiyel bir meme uygulandı. Yukarıda belirtildiği gibi, GelMA düşük viskozitesi nedeniyle, sodyum aljinat lif şeklini korumaya yardımcı olmak için direnç sağladı. Hidrojel lif yapıları vivo (yani, kaslar, damarlar, vb27,28,29,30,31,32)lif şeklindeki dokuları taklit etmek için uygundur. Daha karmaşık bileşenlere sahip GelMA lifleri için, uygulanan biyobaskı başlığı daha da değiştirilebilir. Örneğin, üç katmanlı koaksiyel meme çok katmanlı GelMA lifleri oluşturmak için monte edilebilir.
Karmaşık GelMA 3D yapıların kurulmasında, DLP biyoyazıcının GelMA'nın düşük viskozitesi nedeniyle baskı engelini kırdığı bulunmuştur. CAD yazılımı nın yardımıyla GelMA 3D yapıları isteğe bağlı olarak üretildi. Son olarak, yeni bir GelMA üretim yöntemi, iki kez çapraz bağlama stratejisi, gösterilmiştir ve GelMA ve geleneksel bir mikroakışkan çip kombinasyonu uygulanır. Hidrojeller daha yüksek biyouyumluluk var, ve araştırmacılar çip vücut içinde hücreleri kapsüllemek olabilir. Önerilen GelMA tabanlı mikroakışkan çip daha ilaç tarama, hücresel etkileşim çalışmaları, vb için vitro uygun modeller olarak hizmet vermek için cips hücreleri kapsülleme tarafından geliştirilebilir. Burada açıklanan GelMA üretim yöntemlerinin bu alandaki gelişim oranını artıracağına ve daha ileri biyomedikal araştırmalarda uygulanabileceğine inanıyoruz.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.
Acknowledgments
Bu çalışma Çin Ulusal Anahtar Araştırma ve Geliştirme Programı (2018YFA0703000), Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (No.U1609207, 81827804), Ulusal Doğa Bilimleri Yaratıcı Araştırma Grupları Bilim Fonu tarafından desteklenmiştir. Çin Vakfı (No. 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. Vessel-on-a-chip with Hydrogel-based Microfluidics. Small. 14 (45), 1802368 (2018).
- 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).
