Name: Jelatin Metakriloil Granül Hidrojel İskeleleri: Yüksek Verimli Mikrojel İmalatı, Liyofilizasyon, Kimyasal Montaj ve 3D Biyobaskı (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-12-09T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 36 s
Description: Öğrenin GelMA mikrojel üretimi, liyofilizasyon ve 3D biyobaskı yöntemlerini kullanarak granüler hidrojel iskeleler oluşturmayı. Bu teknik doku mühendisliği ve rejeneratif uygulamalar için yeni olanaklar sunar.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

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 Araştırma Tohum Hibe Programı'nın ve Penn State'in başlangıç fonunun desteğini kabul eder. Bu yayında bildirilen araştırmalar, Ulusal Sağlık Enstitüleri'nin (NIH) Ulusal Biyomedikal Görüntüleme ve Biyomühendislik Enstitüsü (NIBIB) tarafından R56EB032672 ödül numarası altında kısmen desteklenmiştir.

<ol><li>Feng, Q., Li, D., Li, Q., Cao, X., Dong, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microgel+assembly%3A+Fabrication%2C+characteristics+and+application+in+tissue+engineering+and+regenerative+medicine%5BTitle%5D)+AND+%22Bioactive+Materials%22%5BJournal%5D)">Microgel assembly: Fabrication, characteristics and application in tissue engineering and regenerative medicine.</a> Bioactive Materials. 9, 105-119 (2022).</li>
<li>Daly, A. C., Riley, L., Segura, T., Burdick, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrogel+microparticles+for+biomedical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Materials%22%5BJournal%5D)">Hydrogel microparticles for biomedical applications.</a> Nature Reviews Materials. 5 (1), 20-43 (2020).</li>
<li>Griffin, D. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Activating+an+adaptive+immune+response+from+a+hydrogel+scaffold+imparts+regenerative+wound+healing%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Activating an adaptive immune response from a hydrogel scaffold imparts regenerative wound healing.</a> Nature Materials. 20 (4), 560-569 (2021).</li>
<li>Griffin, D. R., Weaver, W. M., Scumpia, P. O., Di Carlo, D., Segura, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Accelerated+wound+healing+by+injectable+microporous+gel+scaffolds+assembled+from+annealed+building+blocks%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Accelerated wound healing by injectable microporous gel scaffolds assembled from annealed building blocks.</a> Nature Materials. 14 (7), 737-744 (2015).</li>
<li>Ding, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Jammed+micro-flake+hydrogel+for+four-dimensional+living+cell+bioprinting%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Jammed micro-flake hydrogel for four-dimensional living cell bioprinting.</a> Advanced Materials. 34 (15), 2109394(2022).</li>
<li>Muir, V. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sticking+together%3A+injectable+granular+hydrogels+with+increased+functionality+via+dynamic+covalent+inter-particle+crosslinking%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Sticking together: injectable granular hydrogels with increased functionality via dynamic covalent inter-particle crosslinking.</a> Small. 18 (36), 2201115(2022).</li>
<li>Sideris, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Particle+hydrogels+based+on+hyaluronic+acid+building+blocks%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Biomaterials+Science+and+Engineering%22%5BJournal%5D)">Particle hydrogels based on hyaluronic acid building blocks.</a> ACS Biomaterials Science and Engineering. 2 (11), 2034-2041 (2016).</li>
<li>Molley, T. G., Hung, T., Kilian, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cell-laden+gradient+microgel+suspensions+for+spatial+control+of+differentiation+during+biofabrication%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Healthcare+Materials%22%5BJournal%5D)">Cell-laden gradient microgel suspensions for spatial control of differentiation during biofabrication.</a> Advanced Healthcare Materials. , 2201122(2022).</li>
<li>Zoratto, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+situ+forming+microporous+gelatin+methacryloyl+hydrogel+scaffolds+from+thermostable+microgels+for+tissue+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Bioengineering+and+Translational%22%5BJournal%5D)">In situ forming microporous gelatin methacryloyl hydrogel scaffolds from thermostable microgels for tissue engineering.</a> Bioengineering and Translational. 5 (3), (2020).</li>
<li>Yuan, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+situ+fused+granular+hydrogels+with+ultrastretchability%2C+strong+adhesion%2C+and+mutli-bioactivities+for+efficient+chronic+wound+care%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Engineering+Journal%22%5BJournal%5D)">In situ fused granular hydrogels with ultrastretchability, strong adhesion, and mutli-bioactivities for efficient chronic wound care.</a> Chemical Engineering Journal. 450, 138076(2022).</li>
<li>Ataie, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoengineered+granular+hydrogel+bioinks+with+preserved+interconnected+microporosity+for+extrusion+bioprinting%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Nanoengineered granular hydrogel bioinks with preserved interconnected microporosity for extrusion bioprinting.</a> Small. 18 (37), 2202390(2022).</li>
<li>Annabi, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((25th+anniversary+article%3A+rational+design+and+applications+of+hydrogels+in+regenerative+medicine%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">25th anniversary article: rational design and applications of hydrogels in regenerative medicine.</a> Advanced Materials. 26 (1), 85-124 (2014).</li>
<li>Rajabi, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+advances+on+bioprinted+gelatin+methacrylate-based+hydrogels+for+tissue+repair%5BTitle%5D)+AND+%22Tissue+Engineering.+Part+A%22%5BJournal%5D)">Recent advances on bioprinted gelatin methacrylate-based hydrogels for tissue repair.</a> Tissue Engineering. Part A. 27 (11-12), 679-702 (2021).</li>
<li>Sheikhi, A., Di Carlo, D., Khademhosseini, A., De Rutte, J. Methods for fabricating modular hydrogels from macromolecules with orthogonal physico-chemical responsivity. U.S. Patent Application. , 17/279,283 (2021).</li>
<li>Sheikhi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic-enabled+bottom-up+hydrogels+from+annealable+naturally-derived+protein+microbeads%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Microfluidic-enabled bottom-up hydrogels from annealable naturally-derived protein microbeads.</a> Biomaterials. 192, 560-568 (2019).</li>
<li>Hinton, T. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+printing+of+complex+biological+structures+by+freeform+reversible+embedding+of+suspended+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Advances%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional printing of complex biological structures by freeform reversible embedding of suspended hydrogels.</a> Science Advances. 1 (9), (2015).</li>
<li>Seymour, A. J., Shin, S., Heilshorn, S. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+printing+of+microgel+scaffolds+with+tunable+void+fraction+to+promote+cell+infiltration%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Healthcare+Materials%22%5BJournal%5D)">3D printing of microgel scaffolds with tunable void fraction to promote cell infiltration.</a> Advanced Healthcare Materials. 10 (18), 2100644(2021).</li>
<li>Lee, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+bioprinting+of+collagen+to+rebuild+components+of+the+human+heart%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">3D bioprinting of collagen to rebuild components of the human heart.</a> Science. 365 (6452), 482-487 (2019).</li>
<li>de Rutte, J. M., Koh, J., Di Carlo, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scalable+high-throughput+production+of+modular+microgels+for+in+situ+assembly+of+microporous+tissue+scaffolds%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Functional+Materials%22%5BJournal%5D)">Scalable high-throughput production of modular microgels for in situ assembly of microporous tissue scaffolds.</a> Advanced Functional Materials. 29 (25), 1900071(2019).</li>
<li>Sheikhi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modular+microporous+hydrogels+formed+from+microgel+beads+with+orthogonal+thermo-chemical+responsivity%3A+Microfluidic+fabrication+and+characterization%5BTitle%5D)+AND+%22MethodsX%22%5BJournal%5D)">Modular microporous hydrogels formed from microgel beads with orthogonal thermo-chemical responsivity: Microfluidic fabrication and characterization.</a> MethodsX. 6, 1747-1752 (2019).</li>
<li>Van Den Bulcke, A. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structural+and+rheological+properties+of+methacrylamide+modified+gelatin+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Structural and rheological properties of methacrylamide modified gelatin hydrogels.</a> Biomacromolecules. 1 (1), 31-38 (2000).</li>
<li>Qazi, T. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anisotropic+rod-shaped+particles+influence+injectable+granular+hydrogel+properties+and+cell+invasion%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Anisotropic rod-shaped particles influence injectable granular hydrogel properties and cell invasion.</a> Advanced Materials. 34 (12), 2109194(2022).</li>
<li>Highley, C. B., Song, K. H., Daly, A. C., Burdick, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Jammed+microgel+inks+for+3d+printing+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Science%22%5BJournal%5D)">Jammed microgel inks for 3d printing applications.</a> Advanced Science. 6 (1), 1801076(2019).</li>
<li>Claaßen, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantification+of+substitution+of+gelatin+methacryloyl%3A+best+practice+and+current+pitfalls%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Quantification of substitution of gelatin methacryloyl: best practice and current pitfalls.</a> Biomacromolecules. 19 (1), 42-52 (2018).</li>
<li>Sheikhi, A., Di Carlo, D., Khademhosseini, A. Methods for converting colloidal systems to resuspendable/redispersable powders that preserve the original properties of the colloids. U.S. Patent Application. , 17/425,027 (2022).</li>
<li>Sheikhi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microengineered+emulsion-to-powder+technology+for+the+high-fidelity+preservation+of+molecular%2C+colloidal%2C+and+bulk+properties+of+hydrogel+suspensions%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Polymer+Materials%22%5BJournal%5D)">Microengineered emulsion-to-powder technology for the high-fidelity preservation of molecular, colloidal, and bulk properties of hydrogel suspensions.</a> ACS Applied Polymer Materials. 1 (8), 1935-1941 (2019).</li>
<li>Lee, S., de Rutte, J., Dimatteo, R., Koo, D., Di Carlo, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scalable+fabrication+and+use+of+3d+structured+microparticles+spatially+functionalized+with+biomolecules%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Scalable fabrication and use of 3d structured microparticles spatially functionalized with biomolecules.</a> ACS Nano. 16 (1), 38-49 (2022).</li>
<li>Charlet, A., Bono, F., Amstad, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+reinforcement+of+granular+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Science%22%5BJournal%5D)">Mechanical reinforcement of granular hydrogels.</a> Chemical Science. 13 (11), 3082-3093 (2022).</li>
</ol>

Yazarlar çıkar çatışması olmadığını beyan ederler.

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.
<p class="jove_conten...

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 aljinat5 ve hyaluronik asit 6,7 gibi polisakkaritler dahil olmak üzere farklı biyomalzemeler kullanılmıştır. Doğal olarak türetilmiş polimerler arasında, GHS üretimi için en yaygın protein bazlı biyopolimer, çapraz bağlanabilir, biyouyumlu, biyoyapıştırıcı ve biyolojik olarak parçalanabilir bir biyomalzeme olan GelMA 8,9,10,11'dir 12,13.
HMP'ler, toplu emülsifikasyon8, akış odaklı 14,15 veya adım emülsifikasyon 9,11 mikroakışkan cihazlar,harmanlama 16 veya karmaşık koapervasyon17,18 yoluyla üretilebilir. Genellikle, imalat verimi ile HMP monodispersitesi arasında bir denge vardır. Örneğin, karıştırma tekniği düzensiz şekilli ve yüksek oranda polidağılmış HMP'ler verir. Toplu emülsifikasyon veya karmaşık koaservasyon, büyük hacimlerde çok dağınık küresel HMP'lerin üretilmesini sağlar. Akış odaklı mikroakışkan cihazlar,% <5'lik bir varyasyon katsayısına sahip yüksek oranda monodisperse damlacıklar üretmek için kullanılmıştır, ancak verim önemli ölçüde düşüktür. Kademeli emülsifikasyon mikroakışkan cihazlarda, yüksek oranda paralelleştirilmiş adımlar, monodisperse HMP'lerin19'unun yüksek verimli imalatını sağlar.
Metakriloil modifiye jelatin (GelMA) HMP yapı taşları ısıya duyarlı ve (fotoğraf) kimyasal olarak çapraz bağlanabilir, bu da kolay GHS üretimisağlar 20. Üst kritik çözelti sıcaklığının (UCST)21 altında soğutulduktan sonra (örneğin, 4 °C'de), bir GelMA çözeltisi içeren damlacıklar fiziksel olarak çapraz bağlı HMP'lere dönüştürülür. Bu HMP yapı taşları daha sonra sıkışmış mikrojel süspansiyonları elde etmek için dış kuvvetler (örneğin, santrifüjleme yoluyla) kullanılarak paketlenir. Parçacıklar arası bağlantılar, mekanik olarak sağlam GHS14'ü oluşturmak için bitişik HMP'ler arasında (fotoğraf) kimyasal çapraz bağlama yoluyla kurulur. GHS'nin en önemli özelliklerinden biri, in vitro11 facile hücre penetrasyonunu ve in vivo22'de gelişmiş doku büyümesini sağlayan mikro gözenekliliktir. HMP'lerin üç boyutlu (3D) biyobaskısı, geleneksel olarak sıkıca paketlenmiş mikrojel süspansiyonları kullanılarak gerçekleştirilir ve mikroporoziteden ödün verir23.
Son zamanlarda, heterojen olarak yüklü nanopartiküllerin adsorpsiyonu yoluyla GelMA mikrojellerinin ara yüz nanomühendisliğine dayanan yeni bir granüler biyomürekkep sınıfı geliştirdik, ardından nanopartikül geri dönüşümlü kendi kendine montaj. Bu strateji, gevşek bir şekilde paketlenmiş mikrojelleri kesme verimli ve ekstrüzyon 3D biyo-yazdırılabilir hale getirir, bu da eklemeli olarak üretilen GHS11'in mikro ölçekli gözenekliliğini korur. Bu makalede, yüksek verimli GelMA damlacık üretimi, bu damlacıkların fiziksel olarak çapraz bağlı HMP'lere dönüştürülmesi, yeniden askıya alınabilir toz kullanılarak GelMA HMP'lerin üretilmesi, GelMA GHS oluşumu, GelMA nanomühendislik granüler biyomürekkep (NGB) hazırlığı ve 3D biyobaskı yöntemleri sunulmaktadır.

<table><tbody><tr><td>1H, 1H-perfloro-1-oktanol</td><td>Alfa Aesar, MA, ABD</td><td>B20156-18</td>% <td>98 saflıkta</td></tr><tr><td>Biyopsi yumruğu</td><td>Integra Miltex, NY, ABD</td><td>33-31A-P/25</td><td>1.5 mm Biyopsi Punch Piston Sistemli</td></tr><tr><td>Künt iğne</td><td>SANANTS</td><td>30-002-25</td><td>25 G</td></tr><tr><td>Bruker Avance NEO 400 MHz</td><td>400 MHz Bruker NEO, MA, ABD</td><td></td><td>NMR cihazı</td></tr><tr><td>Santrifüj</td><td>Eppendorf, Almanya</td><td>5415 C</td><td></td></tr><tr><td>Santrifüj tüpü</td><td>Celltreat, MA, ABD</td><td>229423</td><td></td></tr><tr><td>Kahve filtreleri</td><td>BUNN, IL, ABD</td><td>20104.0006</td><td>BUNN 8-12 Fincan Kahve Filtreleri, 6 adet, 100 ct</td></tr><tr><td>Kurutucu</td><td>Thermo Scientific</td><td>5311-0250</td><td>Nalgene Vakum Desikatör, PC Kapak ve Gövde, 280 mm OD</td></tr><tr><td>Döteryum oksit</td><td>Sigma, MA, ABD</td><td>151882</td><td></td></tr><tr><td>Diyaliz membranı (12-14 kDa)</td><td>Spectrum Laboratories, NJ, ABD</td><td>08-667E</td><td></td></tr><tr><td>Dulbecco'nun fosfat tamponlu salin (DPBS, 1x)</td><td>Sigma, MA, ABD</td><td>56064C-10L</td><td>kuru toz, kalsiyumsuz, magnezyumsuz, hücre kültürüne uygun</td></tr><tr><td>Erlenmeyer şişesi</td><td>Corning, NY, ABD</td><td>4980</td><td>Corning PYREX&nbsp;</td></tr><tr><td>Etanol</td><td>VWR, PA, ABD</td><td>89125-188</td><td>Koptec 200 geçirmez</td></tr><tr><td>Dış dişli kriyojenik şişeler (kriyovialler)</td><td>Corning, NY, ABD</td><td>430659</td><td></td></tr><tr><td>Dondurarak kurutucu</td><td>Labconco, MO, ABD</td><td>71042000</td><td>Vakum pompası ile donatılmıştır (Katalog # 7587000)</td></tr> <tr><td>Jelatin tozu</td><td>Sigma, MA, ABD</td><td>G1890-5100G</td><td>Domuz derisinden Tip A, jel mukavemeti ~ 300 g Bloom</td></tr><tr><td>Glass mikroskop slaytları</td><td>VWR, PA, ABD</td><td>82027-788</td><td></td></tr><tr><td>Ocak Gözü</td><td>FOUR E'S SCIENTIFIC</td><td></td><td>MI0102003 5 inç Manyetik Ocak Gözü Karıştırıcı Max Temp 280 &deg; C/536 & derece; F&nbsp;</td></tr><tr><td>Kimwipes</td><td>Fischer bilimsel, MA, ABD</td><td>06-666</td><td></td></tr><tr><td>KMPR 1000 negatif fotorezist serisi</td><td>Kayaku Advanced Materials, MA, ABD</td><td>121619</td><td>KMPR1025 ve KMP1035 dahildir</td></tr><tr><td>LAPONITE XLG</td><td>BYK USA Inc., CT, ABD</td><td>2344265</td><td></td></tr><tr><td>Lityum fenil-2,4,6-trimetilbenzoilfosfinat (LAP)</td> <td>Sigma, MA, ABD</td><td>900889-1G</td><td>>95%</td></tr> <tr><td>Luer-Lok BAĞLAYICI</td><td>BD, NJ, ABD</td><td>BD 302995&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>MA/BA Gen4-Serisi Maske ve Bağ Hizalayıcı</td><td>S&Uuml; SS MicroTeck, Alman</td><td></td><td>Nanofabrikasyon cihazı</td></tr><tr><td>Metasilat anhidrit</td><td>Sigma, MA, ABD</td><td>276685-100ML</td><td>2.000 litre içerir; inhibitör olarak ppm topanol A,% 94</td></tr> <tr><td>Milli-Q su</td><td>Millipore Corporation, MA, ABD</td><td>ZRQSVR5WW</td><td>elektrik direnci ve asimp; 18 M & Omega; 25 ° C'de; C, Direct-Q 5 UV Uzaktan Su Arıtma Sistemi</td></tr><tr><td>Novec 7500 mühendislik sıvısı</td><td>3M, MN, ABD</td><td></td><td>3M ID&nbsp; 7100003723</td></tr><tr><td>Fırın</td><td>VWR, PA, ABD</td><td>VWR-1410</td><td>1410 Vakumlu Fırın</td></tr><tr><td>Parafilm</td><td>Fischer scientific, MA, ABD</td><td>HS234526C</td><td></td></tr><tr><td>Pasteur pipeti</td><td>VWR, PA, ABD</td><td>14673-010</td><td></td></tr><tr><td>Petri kabı</td><td>VWR, PA, ABD</td><td>25384-092</td><td>polistiren</td></tr><tr><td>Pico-Surf</td><td>Sphere Fluidics, İngiltere</td><td>C022</td> <td>(Novec 7500'de %5 (a/a))</td></tr><tr><td>Pipet</td><td>VWR, PA, ABD</td><td>89079-970</td><td></td></tr><tr><td>Pipet uçları</td><td>VWR, PA, ABD</td><td>87006-060</td><td></td></tr><tr><td>Plazma temizleyici odası</td><td>Harrick Plasma, NY, ABD</td><td>PDC-001-HP&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Polidimetilsiloksan</td><td>Dow Corning, MI, ABD&</td><td>nbsp; 2065623</td><td>SYLGARD 184 Silikon Elastomer Kiti</td></tr><tr><td>Pozitif deplasmanlı pipet</td><td>Microman E M100E, Gilson, OH, ABD</td><td>M100E</td><td></td></tr><tr><td>Silikon gofretler</td><td>UniversityWafer, MA, ABD</td><td>452/1196</td><td>4 inç mekanik sınıf</td></tr><tr><td>Spatula</td><td>VWR, PA, ABD</td><td>231-0104</td><td>Tek kullanımlık</td></tr><tr><td>SU-8&nbsp;</td><td>Kayaku Advanced Materials, MA, ABD</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Şırınga pompası</td><td>Harvard Apparatus, MA, ABD</td><td>70-2001</td><td>PHD 2000</td></tr><tr><td>Trikloro (1H, 1H, 2H, 2H-perflorooktil) silan</td><td>Millipore Sigma, MA, ABD</td><td>448931-10G</td>% <td>97</td></tr> <tr><td>Tygon boruları</td><td>Saint-globain, PA, ABD</td><td>AAD04103&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>UV ışığı&nbsp;</td><td>QUANS</td><td></td><td>Voltaj: 85 V-265 V AC / Güç: 20 W</td></tr><tr><td>Vakum filtrasyon ünitesi</td><td>VWR, PA, ABD</td><td>10040-460</td><td>0.20 &mikro; m</td></tr><tr><td>Vortex</td><td>Fischer scientific, ABD</td><td>14-955-151</td><td>Mini Vorteks Karıştırıcı</td></tr></tbody></table>

jelatin metakriloil granül hidrojel İskeleleri: yüksek verimli mikrojel İmalatı, liyofilizasyon, kimyasal montaj ve 3d biyobaskı

Gelatin Methacryloyl Granular Hydrogel Scaffolds: High-throughput Microgel Fabrication, Lyophilization, Chemical Assembly, and 3D Bioprinting

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.

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...

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.

Jelatin Metakriloil Granül Hidrojel İskeleleri: Yüksek Verimli Mikrojel İmalatı, Liyofilizasyon, Kimyasal Montaj ve 3D Biyobaskı

The emergence of granular hydrogel scaffolds (GHS), fabricated via assembling hydrogel microparticles (HMPs), has enabled microporous scaffold formation ...

Hücre dışı matris veya ECM sayısal hidrojel mikropartikülleri, iskele üretimi için yapı taşları olarak kullanılabilir. Bu protokol, jelatin metakriloil veya GelMA hidrojel mikropartiküllerinin üretimini, saflaştırılmasını, liyofilizasyonunu, fotoğraf montajını ve 3D biyobaskısını göstermektedir. GelMA, hücreye duyarlı ve öğretici bir biyomateryal olarak yaygın olarak kullanılan, hücre yapıştırıcısı ve biyobozunur parçaları içeren fotokimyasal, çapraz bağlanabilen, protein bazlı bir biyopolimerdir.Geleneksel dökme hidrojel ile karşılaştırıldığında, GelMA granüler hidrojel iskeleleri mikro gözeneklidir ve yapı taşı boyutuna göre uyarlanabilen hızlı hücre infiltrasyonu sağlar. GelMA granüler hidrojel iskeleleri, ucuz platformlarda ve rejeneratif mühendislikte kalın dokuların, organların ve hastalıkların 3D biyobaskısı için yeni fırsatlar açabilir. Başlamak için,% 0.1'lik bir fotobaşlatıcı çözeltisi hazırlamak için 10 mililitre DPBS'ye 10 miligram LAP ekleyin.Çözeltiyi alüminyum folyo ile sararak ışıktan koruyun ve etiketleyin. Daha sonra, istenen miktarda GelMA'yı foto-başlatıcı çözeltisinde çözün. Net bir çözelti elde etmek için alüminyum folyo sarılı çözeltiyi bir saat boyunca 37 santigrat derece fırına yerleştirin.Yağ fazını hazırlamak için, mühendislik sıvısında% 2 biyouyumlu bir yüzey aktif madde çözeltisi yapın. Tygon borusunu PDMS cihazının giriş ve çıkışlarına yerleştirin, ardından girişler için Tygon borusunun diğer ucuna 25 gauge künt bir iğne yerleştirin. Cihazı mikroskop altına yerleştirin ve bir saç kurutma makinesi veya bir alan ısıtıcı kullanarak ortamı yaklaşık 40 santigrat derecede sıcak tutun.Sulu ve yağ çözeltilerini cihaza bağlı ayrı şırıngalara yükleyin. Yağ fazı için şırınga pompasını dakikada 160 mikrolitre akış hızıyla çalıştırın. Yağ kanalı doldurduktan sonra, sulu faza dakikada 80 mikrolitrede başlayın.Mikroskop altında damlacık oluşumunu kontrol edin. Damlacıkları bir kapta toplayın ve optik mikroskopi görüntüleme ile görüntüleme odasında değerlendirin. GelMA mikrojelinin fiziksel çapraz bağlanmasını başlatmak ve damlacıkları kararlı mikrojellere dönüştürmek için damlacıkları gece boyunca dört santigrat derecede tutun.Mikromühendislik ürünü emülsiyondan toza, MEtoP yöntemini uygulamak için, termal olarak dayanıklı mikrosantrifüj tüpleri veya kriyovyaller kullanarak mühendislik sıvısındaki fiziksel olarak çapraz bağlı mikrojelleri toplayın. Açık tüpü bir laboratuvar mendili ve bant ile kapatın. Liyofilizasyona devam etmek için fiziksel olarak çapraz bağlanmış mikrojelleri sıvı azot içinde 10 dakika boyunca derin dondurun.Liyofilizasyondan sonra, katı bir toz elde edilecektir. Mikrojel süspansiyonları yapmak için liyofilize toza dört santigrat derecede bir mililitre soğutulmuş,% 0.1 fotobaşlatıcı çözelti ekleyin. Vorteksli karışımı 3.000g'da 15 saniye boyunca santrifüjleyin.Süpernatanı attıktan sonra, paketlenmiş mikrojel süspansiyonunu pozitif deplasmanlı bir pipet kullanarak bir kalıba aktarın ve granüler hidrojel iskeleleri veya GHS oluşturmak için 60 saniye boyunca santimetrekare başına 15 miliwatt yoğunluğa sahip 400 nanometre dalga boyunda ışığa maruz bırakın. 400 mikrolitre mikrojel süspansiyonu için, fiziksel olarak çapraz bağlanmış GelMA mikrojellerine mühendislik sıvısında% 20 oranında eşit miktarda buz gibi soğuk PFO çözeltisi ekleyin. Daha sonra vorteksli karışımı 300g'de 15 saniye boyunca santrifüj edin ve yağ fazını pipetleme ile GelMA mikrojellerinden çıkarın.Daha sonra mikrojel süspansiyonuna 400 mikrolitre buz gibi soğuk,% 0.1 fotobaşlatıcı çözelti ekleyin. Vorteksli çözeltiyi 15 saniye boyunca 300g'de santrifüj ettikten sonra, yağı atın. Fotobaşlatıcı çözelti ekleme ve santrifüjleme adımlarını tekrarlayın, ancak bu sefer 3.000g'da santrifüj yapın ve paketlenmiş GelMA mikrojellerinin süpernatantını atın.Paketlenmiş GelMA mikrojellerini bir kalıba aktarın, ardından GHS'yi oluşturmak için ışığa maruz bırakın. % 3.33'lük bir nanopartikül dispersiyonu oluşturmak için üç mililitre buz gibi soğuk, ultra saf suya 100 miligram nanoplatelet tozu ekleyin. Agrega nanopartikülleri pul pul dökmek için dispersiyonu dört santigrat derecelik bir buzdolabının içinde 15 dakika boyunca kuvvetlice vorteksleyin.Düzgün pul pul dökülmüş nanopartiküller net bir dağılım sağlar. % 1'lik bir fotobaşlatıcı stok çözeltisi hazırlamak için 50 miligram LAP'yi beş mililitre buz gibi soğuk, ultra saf suda çözün. Daha sonra pul pul dökülmüş nanopartikül dispersiyonuna 333 mikrolitre% 1 fotobaşlatıcı çözeltisi ekleyin ve ortam ışığına karşı korumak için alüminyum folyoya sarın.Nanopartikül dispersiyonunu ve fotobaşlatıcıyı karıştırmak için karışımı bir dakika boyunca vorteksleyin. Fiziksel olarak çapraz bağlı GelMA mikrojellerine bire bir hacim oranında mühendislik sıvısında% 20 oranında buz gibi soğuk PFO ekleyin. Vorteksli karışımı 300 g'da 15 saniye boyunca santrifüj ettikten sonra, yüzey aktif maddeyi içeren yağ fazını atın.Buz gibi soğuk, LAP takviyeli nanopartikül dispersiyonunu yıkanmış GelMA mikrojellerine ekleyin. 15 saniye boyunca 3.000g'da santrifüj yaptıktan sonra, altta kalan yağı ve süpernatant dispersiyonunu atın. JelMA nanomühendislik ürünü granül biyomürekkep veya NGB'yi elde etmek için bir gün boyunca alüminyum folyo kullanarak süspansiyonu dört santigrat derecede saklayın.Ertesi gün, NGB'yi üç mililitrelik bir şırıngaya yükleyin. Yüklü şırıngayı bir kapak ve parafilm ile kapatın ve sıkışmış havayı gidermek için 200 g'da bir darbe santrifüjlemesi yapın. Dişi Luer kilit konektörünü kullanarak biyomürekkebi üç mililitrelik bir kartuşa aktarın.Sıkışan havayı gidermek için kartuşu tekrar 200 g'da kısa bir süre santrifüj edin ve kullanmadan önce NGB'yi dört santigrat derecede tutun. Daha sonra, hazırlanan murin fibroblast hücre süspansiyonunu üç mililitrelik bir şırıngaya yükleyin. NGB ve hücre yüklü şırıngaları dişi-dişi Luer kilit konektörü kullanarak birleştirin ve içeriği 40 kez ileri geri iterek hafifçe karıştırın.NGB veya hücre yüklü NGB'yi, nozulu üç mililitrelik yazıcı kafasına yükleyerek standart konik nozullu uygun bir biyoyazıcı kullanarak yazdırın. Baskı yatağı sıcaklığını 10 santigrat derecenin altında tutun ve hız ve geri basınç gibi parametreleri optimize edin. İstediğiniz gcode veya STL dosyasını seçin.Ardından, standart bir konik nozul ile donatılmış pnömatik üç mililitrelik bir şırınga için substratı ve nozul tipini seçin. Aygıt yönergelerini kullanarak biyoyazıcıyı kalibre edin ve 3B yapıları elde etmek için yazdırmaya başlayın. MEtoP teknolojisi, mikrojelleri agregasyondan ve ciddi deformasyondan korurken, düşük basınçlı dondurarak kurutma ile yeniden askıya alınabilir kurutulmuş mikrojel tozu elde etti.SEM görüntüleri, bu teknolojiyi kullanan kurutulmuş GelMA mikropartiküllerinin, geleneksel liyofilizasyon ile gözlenen agregasyona kıyasla, liyofilizasyondan sonra küresel şekillerini koruduğunu göstermiştir. GelMA, GHS ve NGB'nin yüksek moleküler ağırlıklı floresan boya ile mikropor karakterizasyonu, birbirine bağlı mikro ölçekli boşluk boşluklarını gösterdi. Ayrıca, özel olarak yazılmış bir MATLAB komut dosyası kullanılarak değerlendirilen floresan görüntüsü gözenekleri tespit etti.Boşluk fraksiyonu ve medyan gözenek eşdeğeri çap ölçümleri, NGB'yi kullanan 3D baskılı iskelelerdeki mikro ölçekli gözeneklerin kullanılabilirliğini ve birbirine bağlanabilirliğini kanıtlayan anlamlı bir fark göstermedi. NGB iskelelerinin asılı filament uzunluğu ölçümü ile sıkıca ve gevşek bir şekilde paketlenmiş GelMA mikrojellerine üstünlüğü, NGB'nin paketlenmiş mikrojellerden daha uzun bir uzunluğa sahip olduğunu ortaya koymuştur. Gevşek paketlenmiş mikrojeller filament vermedi.İçi boş bir silindir 3D baskılıydı ve tüm yapı fotoçapraz bağlantı için ışığa maruz bırakıldı. Basılı yapı, şekli, doğruluğu ve yapısal bütünlüğü göstermek için fiziksel olarak tutuldu. İskele biyolojik değerlendirme için, örneğin hücre yüklü biyobaskıda kullanılıyorsa, tüm adımları belirli koşullar altında, biyolojik güvenlik kabini altında gerçekleştirmeyi unutmayın.Granüler hidrojel iskelelerin biyotıpta yeni ortaya çıkan bir biyomateryal platformu olarak kullanımını pazardan çıkarmayı umuyoruz.

gelatin-methacryloyl-granular-hydrogel-scaffolds-high-throughput

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Biyomühendislik

Bir bioprinter bir kurban kalıp dayalı desenli hidrojeller oluşturmak için kullanıldı. Poloksamer kalıp ikinci bir hidrojel ile dolduruldu ve daha sonra üçüncü bir hidrojel ile doldurulmuş boşluklar bırakarak elüt edilmiştir. Bu yöntem Biyopolimerlerin karmaşık mimarileri oluşturmak için hızlı sağım ve poloksamerin iyi baskı kullanır.

Desenli ve Yaratılış 3D Hücre Kültürü için iki bileşenli Hidrojeller için Thermoresponsive Ters Kalıpları Baskı

Bu iletişim kuralı elastik 3D macroporous microcryogels imalatı microfabrication cryogelation teknolojisi ile entegre ederek açıklar. Hücrelerle yükleme üzerine, 3D microtissues, hangi rejeneratif terapi kolaylaştırmak için kolayca enjekte içinde vivo olabilir veya diziler vitro yüksek üretilen iş uyuşturucu tarama için içine monte oluşturulur.

Enjekte edilebilir rejeneratif terapi ve yüksek-den geçerek uyuşturucu tarama için 3D Microtissues

UV-crosslinkable hydrogels işlemek için bir katkı üretim stratejisi geliştirmiştir. Bu strateji microfabricated hidrojel yapıları katman katman Meclisi hem de, bağımsız bileşenler Meclisi tümleşik aygıtlar için manyetik çalıştırma duyarlı hareket bileşenleri içeren verimli sağlar.

Teknik hidrojel tabanlı Micromachines manyetik olarak duyarlı bileşenleri ile Facile ve hızlı üretim için üretim bir katkı

Burada sunulan jelatin metakril 3D biyobaskı için bir yöntemdir.

Jelatin Metacryloyl Hidrojel Bazlı Bioinks 3D Biyobaskı Protokolleri

Bu çalışma, ekstrüzyon parçalanması ile mikrojelleri üretmek, mikrojelleri enjekte edilebilir granüler hidrojellere işlemek ve granüler hidrojelleri biyomedikal uygulamalar için ekstrüzyon baskı mürekkepleri olarak uygulamak için basit, uyarlanabilir ve düşük maliyetli yöntemleri açıklamaktadır.

Biyomedikal Uygulamalar için Dökme Hidrojellerin Parçalanması ve Granüler Hidrojellere İşlenmesi

Tamamlayıcı reaktif gruplara sahip mikrojel çubuklar, sulu çözeltide birbirine bağlanma kabiliyetine sahip mikroakışkanlar yoluyla üretilir. Anizometrik mikrojeller, küresel tabanlı sistemlere kıyasla daha büyük gözeneklere sahip kararlı yapılara sıkışır ve birbirine bağlanır. GRGDS-PC ile modifiye edilmiş mikrojeller, hücre kültürü için kullanılabilecek makrogözenekli 3D yapılar oluşturur.

Mikrojel Çubuklardan Birbirine Bağlı Makrogözenekli 3D İskeleler

Bu protokol, çeşitli rejeneratif tıp uygulamaları için kullanılabilecek mikro gözenekli tavlanmış parçacık iskelesi için mikrojel yapı taşlarını sentezlemek için bir dizi yöntemi açıklamaktadır.

Mikro Gözenekli Tavlanmış Partikül İskelesi için Mikrojel Yapı Taşlarının Mikroakışkan Sentezi

Hidrojel oluşumu sırasında kesme işlemi, kesme kuvvetlerinin giderilmesini takiben kesme inceliğinde ancak hızla yeniden yapılandırılan mikrojel süspansiyonlarının üretilmesiyle sonuçlanır. Bu tür malzemeler, biyobaskı kompleksi, hücre yüklü yapılar için destekleyici bir matris olarak kullanılmıştır. Burada, destekleyici yatağın ve uyumlu biyomürekkeplerin üretiminde kullanılan yöntemler açıklanmaktadır.

Askıda 3D biyobaskı için jelasyon sırasında kesme işlemi ile oluşturulan agaroz sıvı jelleri

Bu çalışma, kendi kendini iyileştiren tavlanabilir parçacık-hücre dışı matris kompozitleri içindeki nöral kök hücrelerin serbest biçimli gömülü 3D baskısı için bir protokolü açıklamaktadır. Protokol, birbirine bağlı insan sinir dokusu yapılarının yüksek doğrulukla programlanabilir modellenmesini sağlar.

İnsan Nöral Yapılarının Gömülü 3D Baskısı için Mikrojel-Hücre Dışı Matris Kompozit Desteği

Bu çalışma, dikkate değer geri dönüşümlü sıkışma-sıkışma giderme geçiş özellikleri sergileyen yeni bir κ-İrlanda yosunu alt mikrojel süspansiyon banyosunu tanıtmaktadır. Bu özellikler, gömülü 3D biyobaskıda biyomimetik doku ve organların inşasına katkıda bulunur. Kalp/özofagus benzeri dokuların yüksek çözünürlüklü ve hücre büyümesi ile başarılı bir şekilde basılması, yüksek kaliteli biyobaskı ve doku mühendisliği uygulamalarını göstermektedir.

κ-Carrageenan Sub-Microjel Ortamı Kullanılarak Doku Benzeri Yapıların Gömülü Biyobaskısı

Öğrenin GelMA mikrojel üretimi, liyofilizasyon ve 3D biyobaskı yöntemlerini kullanarak granüler hidrojel iskeleler oluşturmayı. Bu teknik doku mühendisliği ve rejeneratif uygulamalar için yeni olanaklar sunar.

Jelatin Metakriloil Granül Hidrojel İskeleleri: Yüksek Verimli Mikrojel İmalatı, Liyofilizasyon, Kimyasal Montaj ve 3D Biyobaskı (Video) | JoVE Journal

Jelatin Metakriloil Granül Hidrojel İskeleleri: Yüksek Verimli Mikrojel İmalatı, Liyofilizasyon, Kimyasal Montaj ve 3D Biyobaskı

Daha fazla video keşfet