Tridimensionale Tecnologia biomimetica: Novel Biorubber Consente di creare Definito micro e macro scala Architetture in collagene idrogel

Summary

An innovative biofabrication technique was developed to engineer three-dimensional constructs that resemble the architectural features, components, and mechanical properties of in vivo tissue. This technique features a newly developed sacrificial material, BSA rubber, which transfers detailed spatial features, reproducing the in vivo architectures of a wide variety of tissues.

Abstract

ponteggi tessuti giocano un ruolo cruciale nel processo di rigenerazione dei tessuti. L'impalcatura ideale deve soddisfare alcuni requisiti, come avere la composizione corretta, il modulo di mira, e le caratteristiche architettoniche ben definiti. Biomaterials che ricapitolano l'architettura intrinseca del tessuto vivo sono essenziali per lo studio delle malattie e per facilitare la rigenerazione del tessuto molle perduto e valido. Una tecnica biofabrication romanzo è stato sviluppato che combina stato di imaging arte, stampa tridimensionale (3D), e l'attività enzimatica selettiva per creare una nuova generazione di biomateriali per la ricerca e l'applicazione clinica. Il materiale sviluppato, gomma Bovine Serum Albumin, è reazione iniettato in uno stampo che sostiene specifiche caratteristiche geometriche. Questo materiale sacrificale permette l'adeguato trasferimento di caratteristiche architettoniche di un materiale impalcatura naturale. Il prototipo è costituito da un ponteggio collagene 3D con 4 e 3 canali mm che ReprESENT un'architettura ramificata. Questo documento enfatizza l'uso di questa tecnica biofabrication per la generazione di costrutti naturali. Questo protocollo utilizza un software per computer (CAD) per produrre uno stampo solido che sarà reazione iniettato con gomma BSA seguita dalla digestione enzimatica della gomma, lasciando le sue caratteristiche architettoniche all'interno del materiale scaffold.

Introduction

Nel campo dell'ingegneria dei tessuti la capacità di fabbricare scaffold tessuto è vitale. Un ponteggio tessuto adatto ha una struttura 3D, è composto da materiali biocompatibili, e mima dell'architettura tessuto vivo per facilitare cellule e tessuti crescita e rimodellamento. Questo ponteggio deve consentire il trasporto delle sostanze nutritive e la rimozione dei rifiuti ^1-4. Uno dei principali ostacoli nella produzione di questi scaffold è la capacità di ricapitolare specifiche caratteristiche geometriche in un materiale biocompatibile. Diverse tecniche biofabrication sono stati segnalati per controllare le caratteristiche geometriche di questi ponteggi, esempi sono electrospinning ^5-8, solvente colata ^9, stereolitografia ^10, e 3D-stampa ^11, tra gli altri. Queste tecniche sono inferiori nel fornire una relativamente facile trasferimento di controllabili elementi architettonici interni ed esterni, sono costosi, sono limitati dalla risoluzione e la stampabilità ( <em> ad esempio, calibro ugello, limitazione di materiale), o richiedono tecniche di post-fabbricazione che richiede un lungo periodo di tempo per produrre impalcature vitali ^12.

In molti sistemi di fabbricazione commerciali, la creazione di vuoti interni, canali e caratteristiche si ottiene utilizzando sabbia o altri materiali rimovibili o sacrificali adatti. La parte metallica o plastica è formata intorno allo stampo di sabbia, e una volta solidificato, la sabbia viene rimosso. Più o meno allo stesso modo, la prossima generazione di biomateriali ha bisogno della BioSand equivalente. Pertanto, la gomma BSA è stato sviluppato come un sostituto per BioSand. La gomma BSA è un materiale di nuova formulazione che consiste di albumina di siero bovino reticolata con glutaraldeide. L'obiettivo finale è quello di ricreare specifiche caratteristiche architettoniche in una impalcatura di collagene biodegradabile. Le caratteristiche del biorubber sacrificale che mantiene la fedeltà dimensionale con lo stampo del tessuto originale vengono descritti.

<p class = "jove_content"> Diverse combinazioni di concentrazioni BSA e glutaraldeide sono stati testati utilizzando una varietà di solventi. Questo materiale è stato creato dalla reazione tra BSA e glutaraldeide. gomma BSA può essere reazione iniettato nelle geometrie complesse degli stampi tessuto. Reticolato BSA è tripsina labile e prontamente digeriti dall'enzima in condizioni di pH e temperatura miti. Al contrario, il tipo intatta collagene è molto resistente alla tripsina digestione. Queste caratteristiche sono stati capitalizzati per rimuovere selettivamente la gomma BSA lasciando dietro di sé il collagene. Il presente lavoro consisteva determinare i parametri ideali necessari per ottenere uno stampo labile in grado di fornire specifiche caratteristiche architettoniche di un'impalcatura biocompatibile. Le caratteristiche specifiche che sono stati valutati inclusi miscibilità, digestione enzimatica, portante, e la capacità di essere reazione iniettato in uno stampo negativo. La combinazione del 30% BSA e 3% glutaraldeide soddisfa questi requisiti. Questo protocollo prevede la necesslinee guida ary per creare queste impalcature tridimensionali. Il prototipo è costituito da un ponteggio collagene che rappresenta un'architettura ramificato con un afflusso e deflusso due canali con diametri rispettivamente 4 e 3 mm,. Questa tecnica ha il potenziale per imitare macro e micro-ambienti del tessuto di interesse. Questa tecnologia fornisce una tecnica praticabile per fornire una determinata istruttivo geometrico di un materiale biodegradabile in una questione relativamente facile e tempestiva con alta fedeltà, che può essere sintonizzata per imitare il vivo elasticità dei tessuti e altre caratteristiche del tessuto di interesse.

Protocol

1. Determinare la percentuale di solidi in batch Collagene Estrarre il collagene seguito di una procedura precedentemente pubblicato 13. Scongelare un minimo di 20 ml di collagene. Determinare la percentuale iniziale di solidi collagene nel batch per manipolare la concentrazione collagene nel idrogel formati. Tagliare tre pezzi di foglio di alluminio (circa 6 x 6 cm) e la forma ciascuno come una vaschetta utilizzando il fondo di un bicchiere 25 ml. Registrare il peso di ciascun piatto. </l…

Representative Results

I risultati dimostrano che questa tecnica biofabrication è efficiente nel generare scaffold 3D che possono mimare la disposizione spaziale visto in vivo tessuto. Le caratteristiche architettoniche sono parametri vitali per l'applicazione ingegneria tissutale, che giocano un ruolo cruciale nell'interazione delle cellule in vivo e la funzionalità del tessuto. La consistenza e miscibilità della gomma …

Discussion

Biofabrication è un settore altamente multidisciplinare in cui i principi biologia e ingegneria si fondono per generare materiali complessi che imitano il tessuto nativo. Per realizzare questo, vi è la necessità di sviluppare tecniche che utilizzano le informazioni raccolte dal tessuto in vivo e tradurlo in un scaffold in vitro. In questo modo, una piattaforma può essere progettato che ricorda da vicino le proprietà architettonici, funzionali e meccaniche del tessuto in vivo. Il materiale…

Materials

Collagen type I			Collagen extracted from calf hide
Hydrocloric Acid (HCl)	Sigma-Aldrich	7647-01-0
Phosphate Buffer Solution (PBS Tablets)	MP Biomedical	U5378	1 tablet per 100 mL makes 1XPBS
Albumium from bovine serum (BSA)	Sigma-Aldrich	A9647
Glutaraldehyde	Sigma -Aldrich	G5882	Toxic
Lard	Fields	3090
Stainless Steel Molds			Milled using Microlution Machine
Air Brush Kit	Central Pneumatic	47791
Mixing Tip for double syringe	Medmix	ML2.5-16-LLM	Mixer, DN2,5X16, 4:1 brown, med
Small O ring for double syringe	Medmix	PPB-X05-04-02SM	Piston B, 5mL, 4:1, PE natural
Double Syringe cap	Medmix	VLX002-SM	Cap, 4:1/10:1, PE brown, med
Big O ring for double syringe	Medmix	PPA-X05-04-02SM	Piston A, 5 mL, 4:1
Double Syringe	Medmix	SDL X05-04-50M	Double syringe, 5 mL, 4:1
Double Syringe Dispenser	Medmix	DL05-0400M	Dispenser, 5 mL, 4:1, med , plain
Laminim			3.6 mg/mL- extracted USC lab
20 mL Syringe Luer Lock Tip	BD	302830
Luer Lock Caps	Fisher	JGTCBLLX
HEPES	Sigma -Aldrich	H4034
Gibco Minimum Essential Media 10X (MEM)	Life Technologies	1143-030
Trypsin	Life Technologies	27250-018
UV Crosslinker	Spectroline UV	XLE1000
Sodium Cloride (NaCl)	Fisher	S271-10	To prepare Mosconas
Potassium chloride (KCl)	Sigma -Aldrich	P5405-250	To prepare Mosconas
Sodium Bicarbonate (NaHCO3)	Fisher	BP328-500	To prepare Mosconas
Glucose	Sigma -Aldrich	G-8270	To prepare Mosconas
Sodium Phosphate didasic (NaH2PO4)	Sigma-Aldrich	S-7907	To prepare Mosconas
Sterile Filter for syringes	Corning	431224