Birlikte işlevsel ve uygun bir 3-D doku yapıları in vitro tarama uygulamalarında kullanılmak üzere bioprinted edilebildiği bir doku taklit hidrojel bioink sağlayan bir protokol kümesi tarif eder.
Method Article
Birlikte işlevsel ve uygun bir 3-D doku yapıları in vitro tarama uygulamalarında kullanılmak üzere bioprinted edilebildiği bir doku taklit hidrojel bioink sağlayan bir protokol kümesi tarif eder.
Biyobaskı, doku mühendisliği organ yapıları oluşturmak için çok yönlü bir biyofabrikasyon yaklaşımı olarak ortaya çıkmıştır. Bu yapılar, hastalarda implantasyon için organ replasmanları olarak ve ayrıca ilaç ve toksikoloji taraması için in vitro sistemlerde kullanılabilecek model "organoidler" olarak daha küçük bir boyutta oluşturulduğunda potansiyel kullanıma sahiptir.
Çok çeşitli biyo-baskı cihazlarının geliştirilmesine rağmen, biyo-baskı teknolojisinin uygulanması, hem biyo-baskı prosedürlerini hızlandıran hem de dokuya özgü ipuçları sağlayarak hücre canlılığını ve işlevini destekleyen malzemelerin mevcudiyeti ile sınırlı olabilir. Burada, dokuya özgü biyokimyasal sinyaller sağlayabilen ve in vivo dokuların mekanik özelliklerini taklit edebilen çoklu çapraz bağlayıcı, 2 aşamalı çapraz bağlama protokolünden oluşan çok yönlü bir hyaluronik asit (HA) ve jelatin bazlı hidrojel sistemini açıklıyoruz.
Biyokimyasal faktörler, güçlü büyüme faktörlerini içeren doku kaynaklı hücre dışı matriks materyallerinin dahil edilmesiyle sağlanır. Doku mekanik özellikleri, geniş bir aralıkta (100 Pa ila 20 kPa) ekstrüde edilebilir biyomürekkepler ve nihai yapı kesme sertliği değerleri elde etmek için değişen moleküler ağırlıklara, geometrilere (doğrusal veya çok kollu) ve fonksiyonel gruplara sahip PEG bazlı çapraz bağlayıcıların kontrollü kombinasyonlarıdır. Bu parametreler kullanılarak, yüksek hücre canlılığı ve ölçülebilir fonksiyonel albümin ve üre çıktısı ile in vitro karaciğer yapıları oluşturmak için karaciğere özgü bir biyomürekkepte birincil karaciğer sferoidlerini biyoyazdırmak için hidrojel biyomürekkepler kullanıldı. Bu metodoloji, çok çeşitli doku yapı tiplerinin biyofabrikasyonu için hidrojellerin gelecekteki özelleştirilmesi için uyarlanabilecek genel bir çerçeve sağlar.
Son yıllarda, teknolojiler çeşitli bunları üretmek veya biofabricate isteyen fonksiyonel organ ve dokuların alternatif kaynaklar ihtiyacını giderir kullanılabilir hale gelmiştir. Bioprinting bu teknolojilerin en umut verici olarak ortaya çıkmıştır. Bioprinting 3 boyutlu desen uygulanabilir organı gibi veya doku benzeri yapılar oluşturmak veya kullanılabilir biyolojik parçaların robot ilave imalat biçimi olarak düşünülebilir. Çoğu durumda, 1, bioprinting 3 (3 boyutlu kullanmaktadır -D) bu suretle yansıtan, hassas pozisyonlarda içine hücreleri ve biyomalzemeleri yatırmak için bir bilgisayar tarafından yönlendirilir baskı cihazı fizyolojik mimariler anatomik taklit. 2 Bu cihazlar hücre agrega şeklini alabilir bir "bioink" yazdırmak, hidrojeller kapsüllü hücreleri veya yapışkan sıvılar veya hücre tohumlanır mikro taşıyıcılar, hem de hücresiz pla gibi mekanik yapı veya hareket sağlayan hücre içermeyen polimerlerceholders. 3,4 bioprinting işleminden sonra, elde edilen yapı, işlev doku ya da organ yapılarına olgunlaşmış ve amaçlanan son uygulama için de kullanılabilir. 5,6 Bugüne kadar, tam bir tam olarak işlevsel insan boyutunda organı baskılı edilmemiştir, ancak araştırma ve geliştirme bioprinting birincil uzun vadeli bir hedef olmaya devam etmektedir. 2 Bununla birlikte, "organoid" doku yapıları şu anda patoloji modelleme, ilaç geliştirme ve toksikoloji tarama dahil olmak üzere uygulamaların, bir dizi yürütülmektedir küçük ölçekli.
Araştırmacılar bioprinting teknolojisini uygulayarak karşılaştığım en önemli engellerden biri çok az malzeme bioprinting açık amaç için geliştirilmiş olmasıdır. etkin bir bioprinting başarılı olabilmek için, bir biyomalzeme 4 temel gereksinimleri karşılaması gerekir. Biyo materyal birikimi sağlamak için 1), uygun mekanik özelliklere sahip olması gerekir (bir jel veya I gibi bir meme boyunca ekstrüzyonlaBir damlacık olarak nkjet) birikmeden sonra bir 3-D yapının bir bileşeni olarak şekli korumak için 2) yeteneği, 3) 2, önceki özelliklerinin kullanım kontrolü, ve 4), bir hücre için uygun ve destekleyici ortamda tüm yeteneği bioprinting prosedürünün aşamaları. 7 Tarihsel olarak, işi bioprinting yerine sıkça bioprinting ve sonraki baskı sonrası uygulamalar için gerekli özelliklere sahip bir biyo materyal tasarlama, onların uyumluluk için dikkate olmadan bioprinting cihazlarda mevcut geleneksel biyomalzemeleri istihdam etmeye çalıştı.
bioinks çeşitli kaplama ve üretim donanımı ile daha iyi son zamanlarda geliştirilmiştir. genellikle iki habercisi olarak yetersiz mekanik özellikleri, ya da eğer memeleri yapışmasına neden olabilir basılı veya sıkma işlemi sırasında kırılmış olma polimerize hidrojeller ile sıvı çözümler bulunması nedeniyle standart hidrojel sistemleri önemli sorunlar oluşturmaktadır. Ekibimiz, hem de tasarımlarıyla olarakRS, hidrojel substratlar içine hücre sferoid baskı, Mikro kapiller tüpler 5,8 hücresi ve hidrojel filament ekstrüzyon dinamik çapraz bağlama özelliklerine sahip 9-11 ekstrüde hiyalüronik asit (HA) -Altın nanopartikül hidrojeller de dahil olmak üzere, bu bioprinting sorunları çözmek için çeşitli hidrojel formülasyonlar, araştırdık , fotopolimerleşebilen kullanarak hidrojel sertlik 12 zamansal kontrolü, 17 HA ve jelatin, 13 fibrinojen-trombin tabanlı çapraz bağlanmasını, 14,15 iyonik değişim aljinat-kolajen jelleri, 16 metakrile ve son zamanlarda hızla polimerize ultraviyole ışık (UV) -initiated çapraz
Bu örnekler etkin bir bioprinted seçebilirsiniz üreten malzemelerin uygulanabilirliğini göstermek. Ancak, donanım ile entegre ek olarak, başarılı bir şekilde, sürekli ve işlevsel 3 boyutlu doku yapıları oluşturmak için, biyo materyaller hücre korumada yardımın biyokimyasal ve mekanik ipuçları içermelidircanlılığı ve işlevi. Bu ek faktörler, biyokimyasal ve mekanik profiller, bioprinted doku yapıları başarılı fonksiyonu üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir.
Her iki hücre ve doğal hücre-dışı matrisi (ECM) gibi büyüme faktörleri ve diğer hücrelere diğer sitokinler gibi sinyal molekülleri geniş yelpazeli sorumludur. Bu sinyallerin birleşimi dokudan dokuya değişir, ancak, hücre ve doku davranışını düzenleyen son derece kuvvetli ve etkili olabilir. 18, araştırılmış olan farklı organlardan doku spesifik ECM bileşenleri kullanan ve bir hidrojel olarak veya bir hidrojel bir parçası olarak uygulanması başarısı. 19-21, belirli bir doku decellularizing o ince öğütme ve eriterek oluşan bu yaklaşım, bir dokudan dokuya özel biyokimyasal sinyallerin üretilmesi için 3-D hidrojel yapılarında dahil edilebilir kullanılabilir. 22
Buna ek olarak,yaygın vücuttaki dokular katılıkları geniş bir yelpazede işgal olduğu belgelenmiştir. Bu nedenle 23, ayarlamak için yeteneği gibi elastik modülü E 'veya kesme elastik modülü G' olarak biyomateryaller, mekanik özellikleri, doku mühendisliğinde yararlı bir araçtır . Yukarıda tarif edildiği gibi, bioink mekanik özellikler üzerinde kontrol hedef organ Çeşidi ile aynı olduğu daha sonra elastik modül seviyesi elde edilebildiği de daha sonraki bir noktada, ikincil çapraz bağlama ile manipüle yumuşak bir jel kullanılarak ekstrüzyon bazlı biofabrication sağlar. Örneğin, biyomalzemeler çalışması için bu organoids yeteneği artan teoride 24,25, yerli karaciğer gibi 23 5-10 kPa sertliğine uyum veya yerel kalp dokusu gibi 10-15 kPa sertliği maç için özelleştirilmiş olabilir kendi ana doku meslektaşları benzer bir şekilde. hücre fenotipinde çevresel sertlik etkisi Exp olmuşturÖzellikle kök hücreleri ile ilgili olarak, son yıllarda lored. Engler ve ark., Doku elastikiyeti substrat olduğunu eşleşen soylar karşı mezenkimal kök hücreleri (MSC) sürüş destekli bu alt tabaka esnekliğini göstermiştir. 25 Bu kavram daha kas içine farklılaşma, kalp fonksiyonu, karaciğer fenotip, hematopoetik kök hücre çoğalması için araştırılmaktadır ve kök hücre tedavi potansiyelinin bakım. 24,26-29 ayarlamak için güçlü olmak farklı elastik modülünün bir hidrojel doku yapıları biofabricate için kullanılacak biyomalzeme önemli bir özelliğidir. 30
Burada ekstrüzyon bioprinted edilebilir bir hidrojel sistemi formüle etmek bizim laboratuvarda kullanılan çok yönlü bir yaklaşımı temsil eder ve belirli bir doku tipi biyokimyasal profil içeren ve 2) doku Çeşidi elastik modülü taklit) 1 özelleştirilmiş bir protokol tarif . Bu gereksinimleri ele alarak, biz p hedefliyoruzin vivo fizikokimyasal ve biyolojik özelliklerini özetlemek bir malzeme rovide dokusudur. 31. Burada tarif edilen modüler hidrojel bileşik sistem ekstrüde bioinks üretmek üzere bir çok çapraz bağlama yaklaşım yararlanır ve stabilize etmek için ikinci bir çapraz bağlanma sağlar ve sertliğini artırır son ürünlerin doku tiplerinin aralığında uyum sağlamak. Biyokimyasal özelleştirme doku spesifik ECM bileşenleri kullanarak karşılanmaktadır. bir göstergesi olarak, fonksiyonel karaciğer organoid yapıları bioprint bu hidrojel sisteminin bir karaciğere özgü çeşitli kullanır. açıklanan protokol, özel bir 3-D bioprinting cihazı kullanır. Genel olarak, bu protokol çoğu ekstrüzyon tabanlı yazıcılara adapte edilebilir, özel baskı parametreleri cihazın her türü için önemli ölçüde değişir ve kullanıcı tarafından test gerektirir.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
1. Hidrojel Bioink Formülasyonlar ve Hazırlama İşlemi
2. Yazıcı Uyumluluk Testi
Primer Karaciğer Yapıları ile Bioprinting tarafından 3. Doğrulama
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Yukarıda açıklanan prosedürler doğru takip edildiğinde, hidrojeller hedef doku tipine özgü bir biyokimyasal profil içermelidir, 20 bioprinting ve nihai elastik modülü, 34 üzerinde kontrol yüksek derecede izin ve doku yapılarında yaşayabilir işlevsel hücreleri destekler.
hidrojel Özelleştirme
En iyi taklit ana karaciğer, hidrojel bioink karaciğer ECM çözümleri ve bir büyüme faktöründe...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
İnsanlarda ya da in vitro tarama uygulamaları için nihai kullanım için, 3-D doku yapıları biofabricate çalışırken dikkate kritik çeşitli bileşenler vardır. biofabrication cihazın kendisi son yapı ulaşmak için genel metodolojiyi belirler iken uygun hücresel bileşenleri kullanılarak, uç potansiyel işlevselliği belirler. o ikili rolleri hizmet olarak üçüncü bileşen, biyomalzeme, eşit derecede önemlidir. Özellikle, biyo materyal bileşeni biofabrication donanım (yani, bioprinters) ve aynı zamanda potansiyel...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.
Yazarlar minnetle Uzay ve Deniz Harp Sistemleri Merkezi Pasifik (SSC PASİFİK) Sözleşme No. N6601-13-C-2027 kapsamında Savunma Tehdit Azaltma Dairesi (DTRA) tarafından fon kabul. Bu malzemenin yayın buradaki bulgular veya sonuçların hükümet tarafından onaylanması anlamına gelmez.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| Hyaluronik asit | Sigma | 53747 | |
| Jelatin | Sigma | G6144 | |
| 2-Hidroksi-4 & prime; - (2-hidroksietoksi) -2-metilpropiyofenon | Sigma | 410896 | |
| Hyaluronik asit ve jelatin hidrojel kiti (HyStem-HP) | ESI-BIO | GS315 | Kit, Heprasil (tiyollenmiş ve heparinize hyaluronik asit), Gelin-S (tiyollü jelatin) ve Extralink (PEGDA) |
| PEG 8 kollu alkin, 10 kDa | Creative PEGWorks | PSB-887 | |
| Birincil insan hepatositleri | Üçgen Araştırma Laboratuvarları | HUCPM6 | |
| Birincil insan karaciğer yıldız hücreleri | ScienCell | 5300 | |
| Birincil insan Kupffer hücreleri | Yaşam Teknolojileri | HUKCCS | |
| Hepatosit Bazal Medya (HBM) | Lonza | CC-3199 | |
| Hepatosit Ortamı Ek Kit | Lonza | CC-3198 | HCM SingleQuot Kitleri (askorbik asit, 0.5 Ml; sığır serum albümini [yağ asidi içermez], 10 Ml; gentamisin sülfat / amfoterisin B, 0.5 Ml; hidrokortizon 21-hemisüksinat, 0.5 Ml; insülin, 0.5 Ml; insan rekombinant epidermal büyüme faktörü, 0.5 Ml; aktarma, 0.5 ml) |
| Triton X-100 | Sigma | T9284 | Diğer üreticiler tamam. |
| Amonyum hidroksit | Fischer Scientific | A669 | Diğer üreticiler tamam. |
| Taze domuz kadavra dokusu | n/a | n/a | |
| Liyofilizatör | herhangi bir | n/a | |
| Dondurucu değirmeni | herhangi bir | n/a | |
| Biyoyazıcı | n/a | n/a Burada | açıklanan biyoyazıcı özel olarak şirket içinde üretilmiştir. Genel olarak, hidrojel malzemelerin bilgisayar kontrollü ekstrüzyon bazlı baskısını desteklemeleri koşuluyla diğer cihazlar yeterlidir. |
| Asılı damla hücre kültürü plakası | InSphero | CS-06-001 | InSphero GravityPlus 3D Kültür Platformu |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission