세포의 표면지도 및 Bioprinting에 대한 자동화 된 로봇 분배 기법
Summary
This protocol describes a bioprinting methodology using an automated robotic depositing system that incorporates etched topographical guidance cues with the precision deposition of a cell bearing hydrogel bioink. The printed cells are directly delivered to the etched features and are able to sense and orientate with them.
Abstract
이 원고는 자동 로봇 분배 시스템을 이용하여 하이드로 겔 bioink 이러한 기능으로 세포의 직접적인 전달 하였다 셀 가이드 기능의 도입을 설명한다. 이 세포는쪽으로 침전 및 기능을 감지 할 수 있습니다로 특정 bioink가 선정되었다. 분배 시스템은 보조 배압의 프린트 헤드를 사용하여 하이드로 겔 bioinks 생세포를 bioprints. 그러나, 날카롭게 스타일러스 또는 메스 프린트 헤드를 교체하여, 분배 시스템은 또한 표면 식각 지형 신호를 생성하기 위해 사용될 수있다. 스타일러스의 이동은 X, Y 10 μm의 단계 및 Z 방향으로 프로그램 될 수있다. 패터닝 홈은 홈 '방향과 정렬 긴 형태를 채택하도록 영향을, 중간 엽 줄기 세포를 배향 할 수 있었다. 패터닝은 직선, 동심원 및 정현파에 플로팅 소프트웨어를 사용하여 설계 될 수있다. 후속 절차, 석면에모세포 및 중간 엽 줄기 세포는 배압 구동 압출 헤드에 bioprinting 들면 2 % 젤라틴 bioink 현탁시켰다. 셀 베어링 bioink이어서, 에칭에 사용 된 것과 같은 프로그램 된 좌표를 사용하여 인쇄 하였다. bioprinted 셀 감지 에칭 홈의 방향을 따라 그 긴 방향으로 입증 된 바와 같이 에칭 된 기능에 대응할 수 있었다.
Introduction
셀 배치의 고의적 인 패턴은 생체 내 세포 조직 1 모방 문화의 형성을 가능하게한다. 사실, 여러 종류의 세포 사이의 상호 작용에 대한 연구는 공간 배치 2,3를 구성하여 도움을받을 수 있습니다. 대부분 패터닝 시스템은 촉진 또는 후속 수동 셀 증착하여 세포 부착을 방지하기위한 표면 개질 방법에 의존한다. Bioprinting 세포 분포 하나 이상의 공간 및 시간 제어를 제공합니다. 이러한 기능 이외에도 bioprinting 기하학적 복합체 지지체 (4)를 생성하기위한 기술적으로 간단 신속하고 비용 효과적인 방법 인 것으로 설명되었다. 그것은 컴퓨터 디자인 소프트웨어를 이용하고, 제조 공정 4에 셀의 도입을 허용한다.
Bioprinting 시스템의 기반이 레이저로 자신의 작업 원칙을 기준으로 분류 된, 잉크젯 기반 또는 4 압출 기반. 그것은 실제 시간 프레임 내에서 임상 적 4-6 크기의 조직 구조의 제작을 허용하기 때문에 압출 bioprinting가 가장 유망한 것으로 설명되었다. 이것은 셀 베어링 하이드로 bioink 기계적 또는 배압 이용한 압출 하나에 의해 수행된다. 여기에서 제시된 방법에서는, 배압을 채용 하였다. 언급 한 바와 같이, 세포를 cytocompatible bioink에 전달된다. 이러한 bioink는 유해한 전단 응력을 생성하지 않고 세포의 전달을 지원하고, 붕괴 또는 7-10 ( "잉크 블리드」라 함)의 확산없이 인쇄 된 트레이스의 무결성을 유지하기에 충분한 점성이어야한다.
그들의 접착면과 세포의 상호 작용은 세포 행동에 영향을 미치는 것으로 알려져있다. 표면 토포 그래피는 셀 형상, 방향 (11), 그리고 심지어 표현형을 제어 할 수있다. 특히, 그루브 및 채널의 제조를 유도하는 것으로 입증되었다여러 세포 유형에 뻗어, 가늘고 긴 형태. 이 형태의 도입이 능성과 능성 세포의 표현형에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다. 예를 들어, 홈에 정렬 될 때, 중간 엽 줄기 세포 (MSC)를 통해 합성 10,14-17 수축 표현형을 채택 심근 12,13 및 혈관 평활근 세포쪽으로 분화의 증거를 보여준다.
채널 또는 홈을 정렬 셀은 예를 깊은 반응성 이온 에칭, 전자빔 리소그래피, 직접 레이저 인쇄, 펨토초 레이저, 포토 리소그래피 및 플라즈마 건식 에칭 (18), 다수의 방법을 통하여 폴리머 표면에 생성 될 수있다. 이러한 접근은 종종 시간 소모 복잡한 장치를 필요로 생성 된 패턴의 형상에 한정 될 수있다. 또한, 그들은 bioprinting와 패턴을 동기화하지 않고 즉시 cellularization을 허용하지 않습니다. 자동화의 배위 제어 이동분배 시스템은 솔루션의 증착을 위해 복잡한 패턴을 따를 수 있습니다. 여기서 우리는 마이크로 제어 이동이 셀 방향에 대한 채널을 만드는 데 이용 될 수있는 방법을 보여줍니다. 날카롭게 스타일러스 또는 메스 압출 주사기 대신에 상기 프린트 헤드에 부착되고, 장치는 묘화 소프트웨어의지도하에 중합체 표면을 에칭 할 수있다. 상기 방법은 패턴 디자인에 융통성을 제공하며 일반적으로 폴리스티렌, PTFE, 폴리 카프로 락톤과 같은 생체 공학에 사용되는 고분자 재료에 적용 가능하다. 에칭에 후속 단계로, 세포를 긁어 홈에 직접 bioprinted 수있다. 여기에 사용 된 젤라틴 bioink는 추적을 유지하고 침착 세포가 에칭 기능을 감지 할 수 있도록 모두 할 수 있었다. 에칭 홈에 bioprinted 중간 엽 줄기 세포는 별개의 라인에서 그들을 따라 연장하는 것으로 입증되었다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 과정의 중요한 단계는 프로세스가 기능에 세포 침전을 허용 출혈 / bioink 확산없이 인쇄 전단 응력 세포 사멸없이 세포를 제공하고 불필요한 리니지쪽으로 분화를 유발하지 않아야 같이 줄기 세포의 실제 bioprinting 전달된다.
예상 된 셀의 정렬이 발생하지 않으면, bioink 점도는 인쇄의 적합성을 평가한다. bioink는 세포 패턴 중합체 표면에 침전 할 수 있다는 것이 중요하다. b…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The work presented here is supported by the Singapore National Research Foundation under CREATE program (NRF-Technion): The Regenerative Medicine Initiative in Cardiac Restoration Therapy Research Program and by the Public Sector Funding (PSF) 2012 from the Science and Engineering Research Council (SERC) under the Agency for Science, Technology and Research (A*STAR).
Materials
| Equipment | |||
| Robotic Dispensing System | Janome | 2300N | |
| Plasma Machine | Femto Science | Covance | |
| USB Microscope | |||
| Optical Microscope | Olympus | IX71 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Software | |||
| Spreadsheet | Excel | Excel | |
| Printing Co-ordinate Software | Janome | JR C-Points | |
| Imaging Software | National Institutes of Health (NIH) | ImageJ | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Equipment | |||
| Stylus (Blade) | OLFA | AK-5 | |
| 5ml printing syringe | San-ei Tech | SH10LL-B | |
| 30G printing needle | San-ei Tech | SH30-0.25-B | |
| 1mm polystyrene sheets | Purchased locally | ||
| Fetal bovine serum | Invitrogen | 10270-098 | |
| Phosphate buffered saline | Invitrogen | ||
| Gelatin from porcine skin, Gel strength 300, Type A | Sigma Aldrich | 9000-70-8 | |
| αMEM | Invitrogen | 41061-029 | |
| Antibiotc antimycotic | Sigma Aldrich | A5955-100ML | |
| Red Fluorescent Protein Mesenchymal Stem Cells (RFP-MSCs) | Cyagen Biosciences Incorporation | RASMX-01201 |
Riferimenti
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