Tridimensional Tecnologia Biomimético: Novel Biorubber Cria Definido micro e macro-escala Arquitecturas em colágeno hidrogéis
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
andaimes tecido desempenham um papel crucial no processo de regeneração do tecido. O andaime ideal deve cumprir vários requisitos, como ter composição adequada, o módulo alvo e características arquitectónicas bem definidas. Biomateriais que recapitulam a arquitectura intrínseca no tecido in vivo são essenciais para o estudo de doenças, bem como para facilitar a regeneração de tecidos moles e perdeu mal formado. Uma técnica biofabrication novo foi desenvolvido, que combina estado da arte de imagem, a impressão tridimensional (3D), e a actividade enzimática selectiva para criar uma nova geração de biomateriais para pesquisa e aplicações clínicas. O material desenvolvido, borracha de Albumina de Soro Bovino, é de reacção injectada num molde que mantém características geométricas específicas. Este material sacrificial permite a transferência adequada de elementos arquitectónicos a um material de andaime natural. O protótipo consiste em um andaime de colágeno 3D com 4 e 3 canais mm que reprESENT uma arquitetura ramificada. Este artigo destaca o uso desta técnica biofabrication para a geração de construções naturais. Este protocolo utiliza um software assistida por computador (CAD) para a fabricação de um molde sólido que vai ser injectado com borracha reacção de BSA, seguido pela digestão enzimática da borracha, deixando a sua arquitectura interior do material de andaime.
Introduction
No campo da engenharia de tecidos a capacidade de fabricar andaimes tecido é vital. Um andaime tecido adequado tem uma estrutura 3D, é composto de materiais biocompatíveis, e imita em arquitectura do tecido vivo para facilitar o crescimento e remodelação dos tecidos e células. Este andaime deve permitir o transporte de nutrientes ea remoção de resíduos 1-4. Um dos principais obstáculos para a produção destes suportes é a capacidade de recapitular características geométricas específicas para um material biocompatível. Diversas técnicas têm sido relatados biofabrication para controlar as características geométricas destes suportes, os exemplos são electrospinning 5-8, solvente de fundição 9, estereolitografia 10, e 3D-impressão 11, entre outros. Estas técnicas são insuficientes para proporcionar uma transferência relativamente fácil de características arquitectónicas internas e externas controláveis, são caros, são limitados pela sua resolução e capacidade de impressão ( <em> por exemplo, medidor de bocal, restrição de materiais), ou exigir técnicas de pós-fabricação que exige um longo período de tempo para produzir scaffolds viáveis 12.
Em muitos sistemas comerciais de fabrico, a criação de espaços vazios internos, canais e características é conseguido usando areia ou outros materiais removíveis ou sacrificiais adequados. A parte de metal ou plástico é formada em torno do molde de areia, e uma vez que é solidificado, a areia é removida. Em grande parte da mesma maneira, a próxima geração de biomateriais precisa o equivalente bioareia. Portanto, a borracha de BSA foi desenvolvido como um substituto para bioareia. A borracha é um material de BSA recém formulada que consiste em albumina de soro bovino reticulado com glutaraldeído. O objetivo final é recriar elementos arquitectónicos específicos em um andaime de colágeno biodegradável. As características do biorubber sacrificial que mantém uma fidelidade dimensional com o molde do tecido original são descritos.
<p class = "jove_content"> várias combinações de concentrações de BSA e glutaraldeído foram testadas utilizando uma variedade de solventes. Este material foi criado pela reacção entre BSA e glutaraldeído. borracha BSA pode ser a reação injetada nas geometrias complexas dos moldes de tecido. BSA reticulado é lábil tripsina e facilmente digerido pela enzima em condições de pH e de temperatura moderadas. Por outro lado, tipo I colágeno intacta é muito resistente a digestão com tripsina. Esses recursos foram capitalizados para remover seletivamente a borracha BSA deixando o colágeno para trás. O presente trabalho consistiu em determinar os parâmetros ideais necessários para obter um molde lábil que pode oferecer características arquitectónicas específicas para um andaime biocompatível. As características específicas que foram avaliados incluíram mixability, a digestão enzimática, suporte de carga e capacidade de ser a reação injetado em um molde negativo. A combinação de 30% de BSA e 3% glutaraldeído preenche estes requisitos. Este protocolo prevê o necessorientações ary para criar estes scaffolds tridimensionais. O protótipo consiste de um andaime de colagénio que representa uma arquitectura ramificada com uma entrada e duas de saída do canal com diâmetros de 4- e 3 mm, respectivamente. Esta técnica tem o potencial para imitar macro e micro-ambientes do tecido de interesse. Esta tecnologia proporciona uma técnica viável para oferecer um instrutivo geométrica específica de um material biodegradável numa matéria relativamente fácil e atempada com alta fidelidade, a qual pode ser sintonizado para imitar de vivo a elasticidade do tecido e outras características do tecido de interesse.Protocol
Representative Results
Discussion
Biofabrication é um campo altamente multidisciplinar, na qual biologia e engenharia princípios fundem para gerar materiais complexos que imitam tecido nativo. A fim de alcançar este objectivo, existe uma necessidade de desenvolver técnicas que utilizam a informação recolhida a partir de tecido in vivo, e traduzi-la em um andaime in vitro. Deste modo, uma plataforma pode ser manipulada que se assemelha de perto as propriedades arquitectónicos, funcionais, e mecânicas do tecido in vivo. …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by NIH-NIDCR IRO1DE019355 (MJ Yost, PI), and NSF-EPSCoR (EPS-0903795).
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 |
References
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