Özel doku kültürü kalıpları lazer kazınmış ustalardan mühendislik
Summary
Burada biz hidrojel tabanlı karmaşık geometriler mühendislik kurcalayarak üretmek için kullanılan özel polydimethylsiloxane kalıpları imalatı için hızlı, facile ve düşük maliyetli bir yöntem mevcut. Ayrıca bu tekniği kullanılarak üretilen mühendislik kalp dokuları üzerinde yürütülen mekanik ve histolojik değerlendirme sonuçları açıklanmıştır.
Abstract
Doku mühendisliği alanında olgun devam etmiştir olarak artan doku parametreleri, doku şekli de dahil olmak üzere geniş bir ilgi oluştu. Doku şekil mikrometre santimetre ölçek üzerinde manipüle hücre hizalama doğrudan, etkili mekanik özelliklerini değiştirmek ve gerekeni yapabileceğimizi için besin difüzyon ile ilgili sınırlamalar. Buna ek olarak, bir doku hazırlanan gemi mekanik dokusu daha fazla hücre ve matris yapısı etkileyebilir stres alanlarında sonuçlanan, kısıtlamalar aktarabilir. Son derece tekrarlanabilir boyutları şekilli kurcalayarak hangi örneğinde tüm doku mekanik analizi gibi kritik boyutlardır vitro deneyleri için yardımcı programı da mevcuttur.
Bu el yazması lazer kazınmış akrilik hazırlanan negatif ana kalıpları kullanan bir alternatif üretim yöntemini açıklar: bu kalıpları de polydimethylsiloxane (PDMS) ile gerçekleştirmek, santimetre ölçekte ve özellik boyutlu tasarımlar izin boyutları 25 µm, daha küçük ve hızlı bir şekilde tasarlanmış ve düşük bir maliyetle ve en az uzmanlığı ile imal edilmiştir. Çok az zaman ve maliyet gereksinimleri lazer kazınmış kalıpları için isteğe bağlı bir tasarım belirlenir kadar hızla üzerine tekrarlanır ve ilgi, doku mühendisliği alanı dışında da dahil olmak üzere herhangi bir tahlil uyacak şekilde kolayca adapte olmak için izin verir.
Introduction
Son iki yılda, yumuşak litografi kapsamlı bir imalat Teknik olarak özellikle havacilik, malzeme araştırma ve doku mühendisliği1,2alanlarında bilimsel araştırmaları desteklemek için kullanılmıştır, 3. Nesne istenen şeklinde bir negatif Ana kalıp, oluşturulduğu yineleme kalıplama üreten bir uygun ve ucuz Yöntem PDMS çoğaltır olumlu hydrogels şeklinde döküm için kullanılabilir sunar. Ancak, gerekli negatif ana kalıpları genellikle pahalı, zaman alıcı, boyutu, sınırlı microfabrication teknikleri kullanılarak üretilen ve temiz oda alanı ve gelişmiş donanımları gerektirir. 3D baskı olası bir alternatif sunarken, yararını biraz daha düşük maliyetli yazıcılar ve yaygın 3D printerlere harcama maddeler polimerler ve kür engellediğini PDMS arasındaki kimyasal etkileşimler çözünürlük sınırları nedeniyle sınırlıdır.
Lazer kesme sistemleri hem kesme ve plastik, ahşap, cam ve metal gibi maddeler aşındırma özelliği son zamanlarda büyük ölçüde daha ucuz ve bu nedenle araştırma araçları imalatı için daha erişilebilir hale gelmiştir. Ticari kalite Lazer kesiciler nesneleri en az özelliklerle 25 µm küçük santimetre ölçekte imalatı yeteneğine ve daha fazla en az terbiye, uzmanlık ve kullanmak için zaman gerektirir. Lazer ablasyon PDMS, daha önce Havacilik cihazlar fabrikasyon kullanılan iken bilgimizi yok el yazması bir işlem tarafından hangi milimetre ve santimetre negatif ana kalıpları4 kesme lazer ölçek kalıpları fabrikasyon nitelendirdi .
Öncelikle besin difüzyon, hücresel hizalama ve mekanik özellikleri5,6,7geliştirmek için tasarlanmış doku şeklinde işlemek için bu tekniği kullanmış. Ancak, bu teknik çok yönlülüğü kalıp hydrogels ilaç teslim ve malzeme bilimi araştırma8gibi ilgi nerede herhangi bir alanda kullanımı için izin verir. Bir lazer kesici erişim sayesinde, neredeyse herhangi bir geometri (yani kaldırma bu yazının kapsamı dışındadır bir çok parçalı kalıp olmadan inhibe) çıkıntılar olmadan için PDMS kalıp çoğaltır yapılabilir ve lazer bed boyutlarının içinde uyuyor.
Protocol
Representative Results
Discussion
Doku kültürü ile uyumlu olan özelleştirilmiş PDMS kalıp geometrileri hücre hizalama, difüzyon oranı ve etkili sertlik gibi önemli mühendislik doku özelliklerini ayarlamanın büyük yarar var. Ayrıca, bu kalıpları çok geometri mekanik test16,17gibi önemli olduğu çözümleme uygulamaları için doku hazırlamak için yararlıdır. Bu aygıtlardan Lazer hazırlanıyor negatif Ana kalıp teklif etmek zaman özellikle zaman ve maliyeti ile gelenek…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar NIH R00 HL115123 ve Brown Üniversitesi Mühendislik Fakültesi fon kabul etmiş oluyorsunuz. Onlar da eğitim için Brown tasarım atölyesi ve Chris Bull için minnettarız ve lazer kesici ile destek.
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).
