مخصص تصميم قوالب زراعة الأنسجة من سادة ليزر محفوراً
Summary
ونقدم هنا طريقة سريعة وسهلة ومنخفضة التكلفة لاختلاق قوالب مخصصة بولي دايمثيل سيلوكسان التي يمكن استخدامها لإنتاج الأنسجة المهندسة المستندة إلى المائية مع هندستها المعقدة. بالإضافة إلى ذلك يصف لنا نتائج التقييمات الميكانيكية وغذائها أجريت على أنسجة القلب هندسيا المنتجة باستخدام هذه التقنية.
Abstract
كما واصلت مجال هندسة الأنسجة الناضجة، كان هناك اهتمام زيادة في طائفة واسعة من المعلمات الأنسجة، بما في ذلك الشكل الأنسجة. التلاعب في شكل الأنسجة على الميكرومتر إلى مقياس سنتيمتر يمكن مباشرة محاذاة الخلية وتغيير خصائص ميكانيكية فعالة ومعالجة القيود المتصلة بنشر المواد المغذية. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن نقلها السفينة التي يعد فيها أنسجة القيود الميكانيكية في الأنسجة، أسفر عن حقول الإجهاد التي يمكن أن تؤثر كذلك هيكل الخلية ومصفوفة على السواء. الأنسجة على شكل مع أبعاد استنساخه بشدة أيضا أن يكون أداة لفحوصات في المختبر في العينة التي يتم الأبعاد الحرجة، مثل تحليل الأنسجة كله الميكانيكية.
هذه المخطوطة يصف أسلوب تصنيع بديلة تستخدم قوالب رئيسية سلبية أعدت من اﻷكريليك الليزر المحفور: هذه القوالب أداء جيدا مع بولي دايمثيل سيلوكسان (PDMS)، ويسمح بالتصاميم مع الأبعاد على مقياس سنتيمتر وميزة أحجام أصغر من 25 ميكرون، ويمكن سرعة مصممة وملفقة بتكلفة منخفضة ومع الحد الأدنى من الخبرة. الحد الأدنى من الوقت وتكاليف متطلبات السماح لقوالب الليزر المحفور أن يتحرك سريعاً عند حتى يتحدد تصميم أمثل، ويمكن تكييفها بسهولة لتناسب أي مقايسة المصالح، بما في ذلك تلك التي تتجاوز مجال هندسة الأنسجة.
Introduction
على مدى العقدين الماضيين، الطباعة الحجرية الناعمة وقد استخدمت على نطاق واسع كأسلوب تصنيع لدعم البحث العلمي، ولا سيما في ميادين ميكروفلويديكس وبحوث المواد والأنسجة الهندسة1،2، 3. صب النسخ المتماثلة، الذي يتم إنشاء كائن مع شكل المطلوب من العفن رئيسية سلبية، يوفر طريقة مريحة ومنخفضة التكلفة لإنتاج إيجابية PDMS وإنشاء نسخ متماثلة التي يمكن استخدامها لصب على شكل الهلاميات المائية. ومع ذلك، قوالب رئيسية سلبية المطلوبة عادة ما يتم إنتاجها باستخدام تقنيات ميكروفابريكيشن التي مكلفة، وتستغرق وقتاً طويلاً، محدودة الحجم، وتتطلب مساحة غرفة نظيفة ومعدات متطورة. بينما يوفر 3D الطباعة كبديل محتمل، فائدته محدودة نوعا ما بسبب حدود القرار الطابعات أقل تكلفة والتفاعلات الكيميائية بين المشتركة طابعة 3D البوليمرات و PDMS التي يمكن أن تحول دون علاج.
نظم الليزر كتر قادرة على كل القطع والنقش مواد مثل البلاستيك والخشب، والزجاج، والمعدن أصبحت مؤخرا جذريا أقل تكلفة وذلك أيسر منالاً لاختلاق أدوات البحث. تقطيع ليزر الصف التجارية قادرة على اختﻻق الأشياء بمقياس سنتيمتر مع الحد الأدنى من الميزات أقل من 25 ميكرون، وكذلك تتطلب الحد الأدنى من التدريب والخبرة، والوقت لاستخدام. بينما التذرية الليزر من PDMS وقد استخدمت سابقا في تصنيع أجهزة ميكروفلويديكس، لا مخطوط معرفتنا قد وصف عملية التي ملليمتر والسنتيمتر يمكن ملفقة قوالب الجدول من الليزر قطع القوالب السلبية الرئيسية4 .
أننا استخدمنا هذا الأسلوب أساسا للتعامل مع الشكل هندسة الأنسجة بغية تحسين نشر العناصر المغذية، ومحاذاة الخلوية، والخصائص الميكانيكية5،،من67. ومع ذلك، براعة هذا الأسلوب يسمح للاستخدام في أي مجال حيث مصبوب الهلاميات المائية ذات الأهمية، مثل المخدرات التسليم ومواد العلوم البحث8. مع الوصول إلى قاطع ليزر، يمكن جعل PDMS replicates العفن لما يقرب من أي هندسة دون يتدلى (التي سوف تمنع إزالة دون العفن متعددة أجزاء، وخارج نطاق هذه المخطوطة) والتي تتناسب مع أبعاد السرير الليزر.
Protocol
Representative Results
Discussion
الهندسات العفن PDMS المخصصة التي تتوافق مع نسيج الثقافة لها فائدة كبيرة في ضبط خصائص الأنسجة هندسيا هاما، مثل محاذاة الخلية، ومعدل انتشار، وصلابة فعالة. بالإضافة إلى ذلك، هذه القوالب مفيدة جداً لإعداد الأنسجة لتحليل تطبيقات الهندسة التي هامة، مثل اختبار الميكانيكية16،<su…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
الكتاب نعترف بتمويل من المعاهد الوطنية للصحة R00 HL115123 وبراون جامعة كلية للهندسة. أنهم ممتنون أيضا لورشة التصميم براون وبول كريس للتدريب والدعم مع ليزر زورق.
Materials
| Item | |||
| Bovine fibrinogen | Sigma | F8630-5G | Constructs |
| Bovine thrombin | Sigma | T6634-250UN | Constructs |
| Bovine aprotinin | Sigma | 10820-25MG | Constructs |
| Rat tail collagen I, 4 mg/mL | Advanced Biomatrix | 5153-100MG | Constructs |
| Sodim chloride | Fisher | BP358-10 | Constructs |
| PBS | Life Technologies | 14190-250 | Constructs |
| Fine forceps | Fine Science Tools | 11252-20 | Constructs |
| Sylgard 184 silicone elastomer | Corning | 4019862 | PDMS Molds |
| Lab tape | Fisher | 15-901-5R | PDMS Molds |
| Acrylic, 1/4" thick | McMaster-Carr | 8560K356 | PDMS Molds |
| HEPES Buffer, 1 M | Sigma | H3537-100ML | Constructs |
| RPMI 1640 medium, powder | Fisher | 31800-089 | Constructs |
| Calcium chloride dihydrate | Fisher | AC423520250 | Constructs |
| Magnesium chloride hexahydrate | Fisher | M33 500 | Constructs |
| Potassium chloride | Sigma | P9541-500G | Constructs |
| Sodium phosphate dibasic heptahydrate | Sigma | S9390-500G | Constructs |
| Glucose | Sigma | G5767-25G | Constructs |
| OCT | VWR | 25608-930 | Histology |
| Frozen block molds | VWR | 25608-916 | Histology |
| Hematoxylin | Fisher | 3530 1 | Histology |
| Eosin Y | Fisher | AC152880250 | Histology |
| Fast green FCF | Fisher | AC410530250 | Histology |
| Software | |||
| Illustrator | Adobe Systems | Vector Graphics | |
| Inkscape | (Open Source) | Vector Graphics | |
| UCP (Universal Control Panel) | Universal Laser Systems | Laser Cutter Interface | |
| Equipment | |||
| PLS6.75 Laser Cutter | Universal Laser Systems | Laser Cutter | |
| Micromechanical Analyzer | Aurora Scientific | 1530A with 5 mN load cell | Mechanical Analysis |
Riferimenti
- Qin, D., Xia, Y., Whitesides, G. M. Soft lithography for micro- and nanoscale patterning. Nat. Protoc. 5, 491 (2010).
- Rogers, J. A., Nuzzo, R. G. Recent progress in soft lithography. Mater. Today. 8, 50-56 (2005).
- Whitesides, G. M., Ostuni, E., Takayama, S., Jiang, X., Ingber, D. E. Soft Lithography in Biology and Biochemistry. Annu. Rev. Biomed. Eng. 3, 335-373 (2001).
- Isiksacan, Z., Guler, M. T., Aydogdu, B., Bilican, I., Elbuken, C. Rapid fabrication of microfluidic PDMS devices from reusable PDMS molds using laser ablation. J. Micromechanics Microengineering. 26, 035008 (2016).
- Lee, K. Y., Mooney, D. J. Hydrogels for Tissue Engineering. Chem. Rev. 101, 1869-1880 (2001).
- Kloxin, A., Kloxin, C., Bowman, C., Anseth, K. Mechanical properties of cellularly responsive hydrogels and their experimental determination. Adv. Mater. Deerfield Beach Fla. 22, 3484-3494 (2010).
- Aubin, H., et al. Directed 3D cell alignment and elongation in microengineered hydrogels. Biomaterials. 31, 6941-6951 (2010).
- Jaiswal, M. K., et al. Vacancy-Driven Gelation Using Defect-Rich Nanoassemblies of 2D Transition Metal Dichalcogenides and Polymeric Binder for Biomedical Applications. Adv. Mater. 29, (2017).
- Lian, X., et al. Directed cardiomyocyte differentiation from human pluripotent stem cells by modulating Wnt/β-catenin signaling under fully defined conditions. Nat. Protoc. 8, 162-175 (2013).
- Boxshall, K., et al. Simple surface treatments to modify protein adsorption and cell attachment properties within a poly(dimethylsiloxane) micro-bioreactor. Surf. Interface Anal. 38, 198-201 (2006).
- Pins, G. D., Christiansen, D. L., Patel, R., Silver, F. H. Self-assembly of collagen fibers. Influence of fibrillar alignment and decorin on mechanical properties. Biophys. J. 73, 2164-2172 (1997).
- Pipan, C. M., et al. Effects of antifibrinolytic agents on the life span of fibrin sealant. J. Surg. Res. 53, 402-407 (1992).
- Roberts, M. A., et al. Stromal Cells in Dense Collagen Promote Cardiomyocyte and Microvascular Patterning in Engineered Human Heart Tissue. Tissue Eng. Part A. 22, 633-644 (2016).
- Ye, K. Y., Sullivan, K. E., Black, L. D. Encapsulation of Cardiomyocytes in a Fibrin Hydrogel for Cardiac Tissue Engineering. JoVE. , (2011).
- Zimmermann, W. H., et al. Tissue Engineering of a Differentiated Cardiac Muscle Construct. Circ. Res. 90, 223-230 (2002).
- McCain, M. L., Agarwal, A., Nesmith, H. W., Nesmith, A. P., Parker, K. K. Micromolded Gelatin Hydrogels for Extended Culture of Engineered Cardiac Tissues. Biomaterials. 35, 5462-5471 (2014).
- Hu, J. J., Chen, G. W., Liu, Y. C., Hsu, S. S. Influence of Specimen Geometry on the Estimation of the Planar Biaxial Mechanical Properties of Cruciform Specimens. Exp. Mech. 54, 615-631 (2014).
- Munarin, F., Kaiser, N. J., Kim, T. Y., Choi, B. R., Coulombe, K. L. K. Laser-Etched Designs for Molding Hydrogel-Based Engineered Tissues. Tissue Eng. Part C Methods. 23, 311-321 (2017).
- Zhang, H., Chiao, M. Anti-fouling Coatings of Poly(dimethylsiloxane) Devices for Biological and Biomedical Applications. J. Med. Biol. Eng. 35, 143-155 (2015).
