जिलेटिन मेथक्रिलोइल हाइड्रोजेल आधारित बायोइंक्स के 3डी बायोप्रिंटिंग के प्रोटोकॉल
Summary
यहां प्रस्तुत जिलेटिन मेथक्रिलोइल की 3 डी बायोप्रिंटिंग के लिए एक विधि है।
Abstract
जिलेटिन मेथक्रिलोइल (जेलमा) बायोप्रिंटिंग के क्षेत्र में एक लोकप्रिय जैव सामग्री बन गया है। इस सामग्री का व्युत्पन्न जिलेटिन है, जो स्तनपायी कोलेजन से हाइड्रोलाइज्ड होता है। इस प्रकार, आर्गिनाइन-ग्लाइसिन-एस्पार्टिक एसिड (आरजीडी) दृश्य और मैट्रिक्स मेटलोप्रोटीन (एमएमपी) के लक्षित रूपांकन आणविक श्रृंखलाओं पर रहते हैं, जो सेल लगाव और क्षरण को प्राप्त करने में मदद करते हैं। इसके अलावा, जेलमा के गठन गुण बहुमुखी हैं। मेथेक्रिलैमाइड समूह एक सामग्री को फोटोसर्जक की उपस्थिति में प्रकाश विकिरण के तहत तेजी से क्रॉसलिंक होने की अनुमति देते हैं। इसलिए, इस आशाजनक सामग्री के साथ त्रि-आयामी (3 डी) संरचनाओं के संश्लेषण के लिए उपयुक्त तरीके स्थापित करना बहुत समझ में आता है। हालांकि, इसकी कम चिपचिपाहट जेलमा की प्रिंटेबिलिटी को प्रतिबंधित करती है। यहां प्रस्तुत गेल्मा हाइड्रोगेल की 3 डी बायोप्रिंटिंग करने के तरीके हैं, अर्थात् जेल्मा माइक्रोस्फीयर, जेलमा फाइबर, जेलमा जटिल संरचनाओं और जेलमा आधारित माइक्रोफ्लूइडिक चिप्स का निर्माण। परिणामस्वरूप संरचनाओं और सामग्री की जैव अनुकूलता के साथ-साथ मुद्रण विधियों पर चर्चा की जाती है। यह माना जाता है कि यह प्रोटोकॉल पहले से लागू बायोमैटेरियल्स और जेलमा के बीच एक पुल के रूप में काम कर सकता है और साथ ही बायोमेडिकल अनुप्रयोगों के लिए जेलमा-आधारित 3 डी आर्किटेक्चर की स्थापना में योगदान दे सकता है।
Introduction
हाइड्रोगेल को बायोफैब्रिकेशन1,2,3,4के क्षेत्र में उपयुक्त सामग्री माना जाता है . उनमें से, जिलेटिन मेथक्रिलोइल (GelMA) सबसे बहुमुखी बायोमैटेरियल्स में से एक बन गया है, जो शुरू में वैन डेन बुलके एट अल5द्वारा 2000 में प्रस्तावित था। जेलमा को मेथ्क्रेलिक एंहाइड्राइड (एमए) के साथ जिलेटिन की सीधी प्रतिक्रिया से संश्लेषित किया जाता है। जिलेटिन, जो स्तनपायी कोलेजन द्वारा हाइड्रोलाइज किया जाता है, मैट्रिक्स मेटलोप्रोटीनेज (एमएमपी) के लक्ष्य रूपांकनों से बना है। इस प्रकार, जेलमा द्वारा स्थापित इन विट्रो त्रि-आयामी (3 डी) ऊतक मॉडल आदर्श रूप से वीवो में कोशिकाओं और एक्स्ट्रासेलुलर मैट्रिक्स (ईसीएम) के बीच बातचीत की नकल कर सकते हैं। इसके अलावा, आर्गिनाइन-ग्लाइसिन-एस्पार्टिक एसिड (आरजीडी) दृश्य, जो अल्गिनेट जैसे कुछ अन्य हाइड्रोगेल में अनुपस्थित हैं, जेलमा की आणविक श्रृंखलाओं पर रहते हैं। इससे हाइड्रोगेल नेटवर्क6के अंदर समझाया कोशिकाओं के लगाव को महसूस करना संभव हो जाता है । इसके अतिरिक्त, GelMA के गठन की क्षमता का वादा कर रहा है। जेलमा आणविक श्रृंखलाओं पर मेथेक्रिलामाइड समूह हल्के प्रतिक्रिया शर्तों के तहत फोटोसर्जक के साथ प्रतिक्रिया करते हैं और हल्के विकिरण के संपर्क में आने पर सहसंयोजक बांड बनाते हैं। इसलिए, मुद्रित संरचनाओं को सरल तरीके से डिजाइन किए गए आकारों को बनाए रखने के लिए तेजी से जोड़ा जा सकता है।
इन गुणों के आधार पर, क्षेत्रों की एक श्रृंखला ऊतक इंजीनियरिंग, बुनियादी साइटोलॉजी विश्लेषण, दवा स्क्रीनिंग और बायोसेंसिंग जैसे विभिन्न अनुप्रयोगों को पूरा करने के लिए जेलमा का उपयोग करती है। तदनुसार, विभिन्न निर्माण रणनीतियों को भीप्रदर्शितकिया गया है 7,8,9,10,11,12,13,14. हालांकि, जेलमा के आधार पर 3डी बायोप्रिंटिंग करना अभी भी चुनौतीपूर्ण है, जो इसके मौलिक गुणों के कारण है। जेलमा एक तापमान के प्रति संवेदनशील सामग्री है। मुद्रण प्रक्रिया के दौरान, बायोइंक की भौतिक स्थिति को बनाए रखने के लिए मुद्रण वातावरण के तापमान को सख्ती से नियंत्रित करना होगा। इसके अलावा, जेलमा की चिपचिपाहट आम तौर पर अन्य आम हाइड्रोगेल (यानी, अल्गिनेट, चिटोसन, हायलुरोनिक एसिड आदि) की तुलना में कम होती है। हालांकि, इस सामग्री15के साथ 3 डी आर्किटेक्चर का निर्माण करते समय अन्य बाधाओं का सामना करना पड़ता है।
यह लेख हमारी प्रयोगशाला द्वारा प्रस्तावित जेलमा के 3डी बायोप्रिंटिंग के लिए कई दृष्टिकोणों का सारांश देता है और मुद्रित नमूनों (यानी, गेल्मा माइक्रोस्फीयर, जेलमा फाइबर, जेलमा जटिल संरचनाओं और जेलमा-आधारित माइक्रोफ्लूइडिक चिप्स) का वर्णन करता है। प्रत्येक विधि में विशेष कार्य होते हैं और विभिन्न आवश्यकताओं के साथ विभिन्न स्थितियों में अपनाए जा सकते हैं। जेलमा माइक्रोस्फीयर एक इलेक्ट्रोअसिस्टेड मॉड्यूल द्वारा उत्पन्न होते हैं, जो बूंद आकार को सिकोड़ने के लिए अतिरिक्त बाहरी इलेक्ट्रिक फोर्स बनाता है। जेल्मा फाइबर के संदर्भ में, उन्हें चिपचिपा सोडियम एल्गिनेट की मदद से एक कोक्सियल बायोप्रिंटिंग नोजल द्वारा बाहर निकाला जाता है। इसके अलावा, जटिल 3 डी संरचनाओं की स्थापना डिजिटल लाइट प्रोसेसिंग (डीएलपी) बायोप्रिंटर के साथ हासिल की जाती है। अंत में, जेलमा हाइड्रोगेल और पारंपरिक माइक्रोफ्लूइडिक चिप्स के संयोजन से, जेलमा आधारित माइक्रोफ्लूइडिक चिप्स बनाने के लिए दो बार क्रॉसलिंकिंग रणनीति का प्रस्ताव है। यह माना जाता है कि यह प्रोटोकॉल हमारी प्रयोगशाला में उपयोग की जाने वाली जेलमा बायोप्रिंटिंग रणनीतियों का एक महत्वपूर्ण सारांश है और सापेक्ष क्षेत्रों में अन्य शोधकर्ताओं को प्रेरित कर सकता है।
Protocol
Representative Results
Discussion
यह लेख GelMA 3D संरचनाओं, नामत GelMA माइक्रोस्फीयर, GelMA फाइबर, GelMA जटिल संरचनाओं, और GelMA आधारित माइक्रोफ्लूइडिक चिप्स बनाने के लिए कई रणनीतियों का वर्णन करता है । GelMA में जैव अनुकूलता और गठन क्षमता का वादा किया गया है …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was sponsored by the National Key Research and Development Program of China (2018YFA0703000), the National Nature Science Foundation of China (No.U1609207, 81827804), the Science Fund for Creative Research Groups of the National Natural Science फाउंडेशन ऑफ चाइना (नंबर 51821093) ।
Materials
| 0.22 μm filter membrane | Millipore | ||
| 2-(4-amidinophenyl)-6-indolecarbamidine dihydrochloride (DAPI) | Yeasen Biological Technology Co., Ltd., Shanghai, China | ||
| 3D bioprinter | SuZhou Intelligent Manufacturing Research Institute, SuZhou, China | ||
| 405nm wavelength light | SuZhou Intelligent Manufacturing Research Institute, SuZhou, China | ||
| co-axial nozzle | SuZhou Intelligent Manufacturing Research Institute, SuZhou, China | ||
| confocal fluorescence microscope | OLYMPUS FV3000 | ||
| digital light processing (DLP) bioprinter | SuZhou Intelligent Manufacturing Research Institute, SuZhou, China | ||
| DLP printer | SuZhou Intelligent Manufacturing Research Institute, SuZhou, China | ||
| Dulbecco's Phosphate Buffered Saline (DPBS) | Tangpu Biological Technology Co., Ltd., Hangzhou, China | ||
| Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Tangpu Biological Technology Co., Ltd., Hangzhou, China | ||
| Dulbecco's Modified Eagle Medium with L-glutamine (DMEM/F-12) | Tangpu Biological Technology Co., Ltd., Hangzhou, China | ||
| EFL Software | SuZhou Intelligent Manufacturing Research Institute, SuZhou, China | ||
| fetal bovine serum (FBS) | Tangpu Biological Technology Co., Ltd., Hangzhou, China | ||
| gelatin | Sigma-Aldrich, Shanghai, China | ||
| gelatin methacryloyl (GelMA) | SuZhou Intelligent Manufacturing Research Institute, SuZhou, China | ||
| high voltage power | SuZhou Intelligent Manufacturing Research Institute, SuZhou, China | ||
| lithium phenyl-2, 4, 6-trimethylbenzoylphosphinate (LAP) | SuZhou Intelligent Manufacturing Research Institute, SuZhou, China | ||
| paraformaldehyde | Tangpu Biological Technology Co., Ltd., Hangzhou, China | ||
| penicillin/streptomycin | Tangpu Biological Technology Co., Ltd., Hangzhou, China | ||
| sodium alginate (Na-Alg) | Sigma-Aldrich, Shanghai, China | ||
| TRITC phalloidin | Yeasen Biological Technology Co., Ltd., Shanghai, China | ||
| Triton X-100 | Solarbio Co., Ltd., Shanghai, China |
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