Bu makalede, mikroakışkan cihazlar kullanılarak yüksek verimli jelatin metakriloil mikrojel üretimi, mikrojellerin yeniden askıya alınabilir toza (mikro-aerojeller) dönüştürülmesi, granüler hidrojel iskeleleri oluşturmak için mikrojellerin kimyasal montajı ve 3D biyobaskı için korunmuş mikroporoziteye sahip granüler hidrojel biyomürekkeplerinin geliştirilmesi için protokoller açıklanmaktadır.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
Jelatin Metakriloil Granül Hidrojel İskeleleri: Yüksek Verimli Mikrojel İmalatı, Liyofilizasyon, Kimyasal Montaj ve 3D Biyobaskı
Bu makalede
Özet
Özet
Hidrojel mikropartiküllerinin (HMP'ler) birleştirilmesiyle üretilen granüler hidrojel iskelelerin (GHS) ortaya çıkması, mikro gözenekli iskele oluşumunu in situ olarak sağlamıştır. Geleneksel dökme hidrojellerin aksine, GHS'deki birbirine bağlı mikro ölçekli gözenekler, bozunmadan bağımsız hücre infiltrasyonunun yanı sıra oksijen, besin ve hücresel yan ürün transferini kolaylaştırır. Metakriloil-modifiye jelatin (GelMA), hücre yapıştırıcısı ve biyolojik olarak parçalanabilir moieties içeren (fotoğraf) kimyasal olarak çapraz bağlanabilen, protein bazlı bir biyopolimer, hücreye duyarlı / öğretici bir biyomateryal olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Toplu GelMA'yı GHS'ye dönüştürmek, doku mühendisliği ve rejenerasyonu için çok sayıda fırsat yaratabilir. Bu makalede, yüksek verimli GelMA mikrojel üretimi, yeniden askıya alınabilir kuru mikrojellere (mikro-aerojeller) dönüştürme, mikrojellerin kimyasal montajı yoluyla GHS oluşumu ve ekstrüzyon biyobaskısı için granüler biyomürekkep üretimi prosedürlerini göstereceğiz. Soğutma ve fotoçapraz bağlama yoluyla sıralı bir fizikokimyasal işlemin mekanik olarak sağlam GHS'nin oluşumunu nasıl sağladığını gösteriyoruz. Işığa erişilemediğinde (örneğin, derin doku enjeksiyonu sırasında), ayrı ayrı çapraz bağlı GelMA HMP'ler, transglutaminazlar kullanılarak enzimatik çapraz bağlama yoluyla biyoortogonal olarak birleştirilebilir. Son olarak, düşük HMP paketleme yoğunluğunda mikrogözenekli GHS'nin üç boyutlu (3D) biyobaskısı, heterojen olarak yüklü nanopartiküllerin ara yüzey kendi kendine montajı yoluyla gösterilmiştir.
Giriş
Doku mühendisliği iskeleleri oluşturmak için HMP yapı taşlarının montajı son birkaç yılda büyük ilgi görmüştür1. HMP montajı ile üretilen GHS, ayrık yapı taşları arasındaki boşluk boşluklarından kaynaklanan hücre ölçeğinde mikro gözeneklilik de dahil olmak üzere, toplu muadilleriyle karşılaştırıldığında benzersiz özelliklere sahiptir. Enjekte edilebilirlik, modülerlik ve gözeneklilikten ayrılmış sertlik gibi ek özellikler, GHS'yi doku onarımını ve yenilenmesini geliştirmek için umut verici bir platform haline getirir2. GHS üretimi için sentetik PEG bazlı polimerler3,4 ve aljinat
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Protokol
NOT: Bu protokolde kullanılan tüm malzemeler, aletler ve reaktiflerle ilgili ayrıntılar için Malzeme Tablosuna bakın.
1. GelMA sentezi
NOT: GelMA sentezi kimyasal bir davlumbazda yapılmalı ve her zaman uygun kişisel koruyucu ekipman (KKD) kullanılmalıdır.
- Bir Erlenmeyer şişesine 200 mL Dulbecco fosfat tamponlu salin (DPBS, 1x) ekleyin ve çözeltiyi 50 ° C'ye ulaşana kadar ısıtın. Buharlaşmayı önlemek için şişeyi alüminyum folyo ile örtün.
- DPBS çözeltisine 50 ° C'de 20 g jelatin tozu ekleyin ve toz tamamen çözünene kadar 240 rpm'de karıştırın.
- GelMA'y....
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Sonuçlar
GelMA, Şekil 1A'da gösterildiği gibi jelatinin MA ile reaksiyonu yoluyla sentezlendi. MA konsantrasyonu gibi reaksiyon koşullarını uyarlayarak, farklı derecelerde MA ikamesi elde edildi. MA ikame derecesini ölçmek için, GelMA 1H NMR spektroskopisi ile değerlendirildi (Şekil 1B). ~ 5-6 ppm'lik kimyasal kaymalarda temsili zirvelere sahip vinil fonksiyonel gruplar, jelatinden başarılı GelMA sentezini doğruladı. Diyaliz ve steril filtrasyon sonr.......
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Tartışma
Jelatin ve türevleri, HMP üretimi için en yaygın kullanılan protein bazlı biyomalzemelerdir. Verim ve partikül boyutu monodispersite dengesi zorluğu, kademeli emülsifikasyon mikroakışkan cihazları kullanılarak aşılabilir. Bu cihazlar saatte 40 milyondan fazla damlacık oluşturabilir ve varyasyon katsayısı %5'ten az27'dir. Bu makalede, GelMA çözeltileri içeren damlacıkların mikrofabrikasyonunu tartıştık ve ardından bunları GelMA HMP'lere, toza, GHS'ye ve NGB'ye dönüştürdük.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Açıklamalar
Yazarlar çıkar çatışması olmadığını beyan ederler.
Teşekkürler
Yazarlar, Pennsylvania Eyalet Üniversitesi (Penn State) Kimya Mühendisliği Bölümü'nde araştırma destek uzmanı olan T. Pond'a, Penn State'teki Nanofabrikasyon Laboratuvarı personeline ve Partillion Bioscience'dan Dr. J. de Rutte'ye nanofabrikasyon süreçleriyle ilgili yardım ve tartışmalar için teşekkür eder. A. Sheikhi, Malzeme Araştırma Enstitüsü (MRI) ve İnsan Düzeyinde Mühendislik Malzemeleri Önemlidir Koleji'nin tohum hibelerini, Yaşayan Çok İşlevli Malzeme Sistemleri için Yakınsama Merkezi'nin (LiMC2) ve Mükemmellik Kümesi Yaşayan, Uyarlanabilir ve Enerji-Otonom Malzeme Sistemleri (livMatS) Yaşayan Çok İşlevli Malzemeler İşbirlikçi....
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Malzemeler
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| 1H, 1H-perfloro-1-oktanol | Alfa Aesar, MA, ABD | B20156-18 | 98 saflıkta |
| Biyopsi yumruğu | Integra Miltex, NY, ABD | 33-31A-P/25 | 1.5 mm Biyopsi Punch Piston Sistemli |
| Künt iğne | SANANTS | 30-002-25 | 25 G |
| Bruker Avance NEO 400 MHz | 400 MHz Bruker NEO, MA, ABD | NMR cihazı | |
| Santrifüj | Eppendorf, Almanya | 5415 C | |
| Santrifüj tüpü | Celltreat, MA, ABD | 229423 | |
| Kahve filtreleri | BUNN, IL, ABD | 20104.0006 | BUNN 8-12 Fincan Kahve Filtreleri, 6 adet, 100 ct |
| Kurutucu | Thermo Scientific | 5311-0250 | Nalgene Vakum Desikatör, PC Kapak ve Gövde, 280 mm OD |
| Döteryum oksit | Sigma, MA, ABD | 151882 | |
| Diyaliz membranı (12-14 kDa) | Spectrum Laboratories, NJ, ABD | 08-667E | |
| Dulbecco'nun fosfat tamponlu salin (DPBS, 1x) | Sigma, MA, ABD | 56064C-10L | kuru toz, kalsiyumsuz, magnezyumsuz, hücre kültürüne uygun |
| Erlenmeyer şişesi | Corning, NY, ABD | 4980 | Corning PYREX |
| Etanol | VWR, PA, ABD | 89125-188 | Koptec 200 geçirmez |
| Dış dişli kriyojenik şişeler (kriyovialler) | Corning, NY, ABD | 430659 | |
| Dondurarak kurutucu | Labconco, MO, ABD | 71042000 | Vakum pompası ile donatılmıştır (Katalog # 7587000) |
| Jelatin tozu | Sigma, MA, ABD | G1890-5100G | Domuz derisinden Tip A, jel mukavemeti ~ 300 g Bloom |
| Glass mikroskop slaytları | VWR, PA, ABD | 82027-788 | |
| Ocak Gözü | FOUR E'S SCIENTIFIC | MI0102003 5 inç Manyetik Ocak Gözü Karıştırıcı Max Temp 280 ° C/536 & derece; F | |
| Kimwipes | Fischer bilimsel, MA, ABD | 06-666 | |
| KMPR 1000 negatif fotorezist serisi | Kayaku Advanced Materials, MA, ABD | 121619 | KMPR1025 ve KMP1035 dahildir |
| LAPONITE XLG | BYK USA Inc., CT, ABD | 2344265 | |
| Lityum fenil-2,4,6-trimetilbenzoilfosfinat (LAP) | Sigma, MA, ABD | 900889-1G | >95% |
| Luer-Lok BAĞLAYICI | BD, NJ, ABD | BD 302995 | |
| MA/BA Gen4-Serisi Maske ve Bağ Hizalayıcı | SÜ SS MicroTeck, Alman | Nanofabrikasyon cihazı | |
| Metasilat anhidrit | Sigma, MA, ABD | 276685-100ML | 2.000 litre içerir; inhibitör olarak ppm topanol A,% 94 |
| Milli-Q su | Millipore Corporation, MA, ABD | ZRQSVR5WW | elektrik direnci ve asimp; 18 M & Omega; 25 ° C'de; C, Direct-Q 5 UV Uzaktan Su Arıtma Sistemi |
| Novec 7500 mühendislik sıvısı | 3M, MN, ABD | 3M ID 7100003723 | |
| Fırın | VWR, PA, ABD | VWR-1410 | 1410 Vakumlu Fırın |
| Parafilm | Fischer scientific, MA, ABD | HS234526C | |
| Pasteur pipeti | VWR, PA, ABD | 14673-010 | |
| Petri kabı | VWR, PA, ABD | 25384-092 | polistiren |
| Pico-Surf | Sphere Fluidics, İngiltere | C022 | (Novec 7500'de %5 (a/a)) |
| Pipet | VWR, PA, ABD | 89079-970 | |
| Pipet uçları | VWR, PA, ABD | 87006-060 | |
| Plazma temizleyici odası | Harrick Plasma, NY, ABD | PDC-001-HP | |
| Polidimetilsiloksan | Dow Corning, MI, ABD& | nbsp; 2065623 | SYLGARD 184 Silikon Elastomer Kiti |
| Pozitif deplasmanlı pipet | Microman E M100E, Gilson, OH, ABD | M100E | |
| Silikon gofretler | UniversityWafer, MA, ABD | 452/1196 | 4 inç mekanik sınıf |
| Spatula | VWR, PA, ABD | 231-0104 | Tek kullanımlık |
| SU-8 | Kayaku Advanced Materials, MA, ABD | ||
| Şırınga pompası | Harvard Apparatus, MA, ABD | 70-2001 | PHD 2000 |
| Trikloro (1H, 1H, 2H, 2H-perflorooktil) silan | Millipore Sigma, MA, ABD | 448931-10G | 97 |
| Tygon boruları | Saint-globain, PA, ABD | AAD04103 | |
| UV ışığı | QUANS | Voltaj: 85 V-265 V AC / Güç: 20 W | |
| Vakum filtrasyon ünitesi | VWR, PA, ABD | 10040-460 | 0.20 &mikro; m |
| Vortex | Fischer scientific, ABD | 14-955-151 | Mini Vorteks Karıştırıcı |
Kaynaklar
- Feng, Q., Li, D., Li, Q., Cao, X., Dong, H. Microgel assembly: Fabrication, characteristics and application in tissue engineering and regenerative medicine. Bioactive Materials. 9, 105-119 (2022).
- Daly, A. C., Riley, L., Segura, T., Burdick, J. A.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yeniden basım ve izinler
