Este trabajo describe métodos sencillos, adaptables y de bajo costo para fabricar microgeles con fragmentación por extrusión, procesar los microgeles en hidrogeles granulares inyectables y aplicar los hidrogeles granulares como tintas de impresión de extrusión para aplicaciones biomédicas.
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Artículo de método
Fragmentación de hidrogeles a granel y procesamiento en hidrogeles granulares para aplicaciones biomédicas
En este artículo
Resumen
Resumen
Los hidrogeles granulares son conjuntos atascados de micropartículas de hidrogel (es decir, "microgeles"). En el campo de los biomateriales, los hidrogeles granulares tienen muchas propiedades ventajosas, incluida la inyectabilidad, la porosidad a microescala y la capacidad de sintonización al mezclar múltiples poblaciones de microgeles. Los métodos para fabricar microgeles a menudo se basan en emulsiones de agua en aceite (por ejemplo, microfluídica, emulsiones por lotes, electropulverización) o fotolitografía, que pueden presentar altas demandas en términos de recursos y costos, y pueden no ser compatibles con muchos hidrogeles. Este trabajo detalla métodos simples pero altamente efectivos para fabricar microgeles utilizando la fragmentación por extrusión y procesarlos en hidrogeles granulares útiles para aplicaciones biomédicas (por ejemplo, tintas de impresión 3D). En primer lugar, los hidrogeles a granel (utilizando ácido hialurónico fotoreticulable (HA) como ejemplo) se extruyen a través de una serie de agujas con diámetros secuencialmente más pequeños para formar microgeles fragmentados. Esta técnica de fabricación de microgel es rápida, de bajo costo y altamente escalable. Se describen los métodos para atascar microgeles en hidrogeles granulares por centrifugación y filtración impulsada por vacío, con post-reticulación opcional para la estabilización del hidrogel. Por último, los hidrogeles granulares fabricados a partir de microgeles fragmentados se demuestran como tintas de impresión por extrusión. Si bien los ejemplos descritos en este documento utilizan HA fotoreticulable para la impresión 3D, los métodos son fácilmente adaptables para una amplia variedad de tipos de hidrogel y aplicaciones biomédicas.
Introducción
Los hidrogeles granulares se fabrican a través del empaquetamiento de partículas de hidrogel (es decir, microgeles) y son una clase emocionante de biomateriales con muchas propiedades ventajosas para aplicaciones biomédicas 1,2,3. Debido a su estructura de partículas, los hidrogeles granulares son de adelgazamiento por cizallamiento y autocuración, lo que permite su uso como tintas (bio)de impresión por extrusión, soportes granulares para impresión incrustada y terapias inyectables 4,5,6,7,8,9.
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Protocolo
1. Fabricación de hidrogeles a granel dentro de una jeringa mediante fotoreticulación
NOTA: En la Figura 1 se muestra una descripción general de la fabricación de hidrogel a granel dentro de una jeringa mediante fotoreticulación. Este protocolo utiliza ácido hialurónico modificado con norborneno (NorHA) para fabricar hidrogeles a granel utilizando una reacción de tiol-ene fotomediada. Los procedimientos detallados para la síntesis de NorHA se describen en otra parte38. Sin embargo, este protocolo es altamente adaptable a cualquier hidrogel fotoreticulable. Consulte Discusi....
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Resultados
Los resultados representativos de estos protocolos se muestran en la Figura 3 y la Figura 6. La fragmentación por extrusión produce microgeles con formas de polígonos irregulares con diámetros que oscilan entre 10-300 μm (Figura 3). Además, la circularidad varía de 0.2 (no circular) a casi 1 (círculo perfecto), y la relación de aspecto varía de 1 a 3 (Figura 3). Estos parámetros describen las formas irr.......
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Discusión
Aquí, se describen los métodos para fabricar hidrogeles granulares utilizando microgeles fragmentados por extrusión y empaque por centrifugación o filtración impulsada por vacío. En comparación con otros métodos de fabricación de microgel (es decir, microfluídica, emulsiones por lotes, electropulverización, fotolitografía), la fabricación de microgel de fragmentación por extrusión es altamente rápida, de bajo costo, fácilmente escalable y susceptible de una amplia variedad de sistemas de hidrogel. Además, este protocolo .......
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Divulgaciones
Los autores no tienen intereses financieros contrapuestos.
Agradecimientos
Este trabajo fue apoyado por la National Science Foundation a través del programa UPenn MRSEC (DMR-1720530) y becas de investigación de posgrado (a V.G.M y M.E.P.) y los Institutos Nacionales de Salud (R01AR077362 a J.A.B.).
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Tubo de centrífuga cónico de plástico de 15 mL | Corning | 430766 | |
| punta dispensadora de la serie NT Premium de 30 g Jensen | Global | JG30-0.5HPX | El número de catálogo que aparece aquí es para aguja de 30 G, 0.5". Hay varios tamaños disponibles. |
| Jeringas desechables BD con puntas Luer-Lok (3 mL) | Fisher Scientific | 14-823-435 | número de catálogo que aparece aquí es para jeringa de 3 mL. Hay varios tamaños disponibles (14-823-XXX). |
| Carpetas negras | Varios proveedores | ||
| Aguja de sonda desechable para usar con jeringas y máquinas dispensadoras (18 G, 0.5") | Grainger | 5FVH5 | que aparece aquí es para agujas de 18 G, 0.5". Hay varios tamaños disponibles. |
| Aguja de sonda desechable para usar con jeringas y máquinas dispensadoras (23 g, 0.5") | Grainger | 5FVJ3 | |
| Aguja de sonda desechable para usar con jeringas y máquinas dispensadoras (27 g, 1.5") | Grainger | 5FVL0 | |
| Dulbecco's Phosphate Buffered Saline | Fisher Scientific | 14190-250 | El número de catálogo que aparece aquí es para una caja de botellas de 10 x 500 ml. |
| Filtro de membrana Durapore, 0.22 y micro; m | Millipore | GVWP04700 | |
| Microscopio epifluorescente o confocal | Varios proveedores | Para visualizar microgeles e hidrogeles granulares | |
| Microcentrífuga Eppendorf Snap-Cap Tubos de cierre seguro | Fisher Scientific | 05-402-25 | |
| Impresora de extrusión | Hecho | pueden utilizar otras impresoras de extrusión, como BIOX disponible en el mercado. | |
| Adaptadores de filtro | Fisher Scientific | 05-888-107 | El número de catálogo que aparece aquí es para un conjunto de varios tamaños. Hay varios tamaños disponibles (05-888-XXX). |
| Matraz de filtro | Varios proveedores | ||
| Isotiocianato-dextrano de fluoresceína (2 MDa) | Sigma-Aldrich | 52471 | |
| Portaobjetos de microscopio de vidrio | Varios proveedores | ||
| ImageJ | Institutos Nacionales de SaludEnlace | información "Analizar partículas": | |
| https://imagej.nih.gov/ij/docs/menus/analyze.html Portátil | Varios proveedores Luer-Lock | ||
| Tapas de punta Soluciones | dispensación integradas | 9991329 | |
| Espátula de metal para recoger | Varios proveedores | ||
| Microcentrífuga | Varios proveedores | Capaz de acelerar hasta 18.000 x g | |
| Microscoft Execl | Microsoft | Se pueden utilizar otros programas, como Google Slides. | |
| OmniCure S2000 Sistema de curado UV puntual | Excelitas Technologies | S2000 | Se pueden utilizar diferentes sistemas de luz para fabricar hidrogeles a granel si se desea. |
| Embudo Buchner de porcelana con placa perforada fija | Fisher Scientific | FB966C | El número de catálogo que figura aquí es para una placa de 56 mm de diámetro. Hay varios tamaños disponibles. |
| Radiometer | Varios proveedores | ||
| Repetier Host | Hot-World GmbH & Co. KG | Software de impresión 3D | |
| Impresora de extrusión basada en tornillo | Varios proveedores | En este estudio se utilizó una impresora 3D FDM modificada a medida (Velleman K8200). Hay muchas alternativas disponibles. | |
| Software Solidworks/CAD | Dassault Systè | pueden utilizar otros programas, como Blender o TinkerCAD. | |
| Tubo para conectar el matraz de filtro a la línea de vacío | Varios proveedores | ||
| Protección ocular UV (es decir, gafas de seguridad) | Varios proveedores |
Referencias
- Daly, A. C., Riley, L., Segura, T., Burdick, J. A. Hydrogel microparticles for biomedical applications. Nature Reviews Materials. 5 (1), 20-43 (2020).
- Qazi, T. H., Burdick, J. A. Granular hydrogels for endogenous tissue repair. Biomaterials and Biosystems. 1, 10....
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Reimpresiones y permisos
