젤라틴 메타크릴 하이드로겔 기반 바이오잉크의 3D 바이오프린팅 프로토콜
Summary
여기에 제시된 젤라틴 메타크릴로일의 3D 바이오프린팅을 위한 방법이다.
Abstract
젤라틴 메타크릴로일(GelMA)은 바이오프린팅 분야에서 인기 있는 생체 재료가 되었습니다. 이 물질의 파생은 포유류 콜라겐에서 가수 분해되는 젤라틴입니다. 따라서 아르기닌-글리신-아스파르트산(RGD) 서열과 매트릭스 메탈로프로테이나제(MMP)의 표적 모티프는 분자 사슬에 남아 있어 세포 부착 및 분해를 달성하는 데 도움이 됩니다. 또한 GelMA의 형성 특성은 다재다능합니다. 메타크릴아미드 그룹은 광이니시에이터가 있는 경우 광조사 하에 물질이 빠르게 상호 연결될 수 있게 한다. 따라서 이 유망한 재료로 3차원(3D) 구조를 합성하는 데 적합한 방법을 확립하는 것이 좋습니다. 그러나 점도가 낮기 때문에 GelMA의 인쇄성이 제한됩니다. 여기에 제시된 겔마 하이드로겔의 3D 바이오프린팅, 즉 GelMA 마이크로스피어, GelMA 섬유, GelMA 복합 구조 및 GelMA 기반 미세 유체 칩의 제조를 수행하는 방법이 다 수 있습니다. 재료의 결과 구조 및 생체 적합성뿐만 아니라 인쇄 방법에 대해 논의합니다. 이 프로토콜은 이전에 적용된 생체 재료와 GelMA 사이의 다리 역할을 할 뿐만 아니라 생물 의학 응용 을 위한 GelMA 기반 3D 아키텍처의 설립에 기여할 수 있다고 믿습니다.
Introduction
하이드로겔은 생체 제조분야에서적합한 재료로 생각된다1,2,3,4. 그 중에서도 젤라틴 메타크릴로일(GelMA)은 2000년 반 덴 불케 외5에의해 처음 제안된 가장 다재다능한 생체 재료 중 하나가 되었다. GelMA는 메타크릴 무수 (MA)와 젤라틴의 직접적인 반응에 의해 합성됩니다. 포유류 콜라겐에 의해 가수분해되는 젤라틴은 매트릭스 메탈로프로테이나제(MMP)의 표적 모티브로 구성됩니다. 따라서 GelMA에 의해 확립된 시험관 내 3차원(3D) 조직 모델은 생체 내에서 세포와 세포외 매트릭스(ECM) 사이의 상호작용을 이상적으로 모방할 수 있다. 게다가, 아르기닌-글리신-아스파르트산 (RGD) 서열은, 알긴염과 같은 몇몇 그밖 하이드로겔에서 결석하는, GelMA의 분자 사슬에 남아 있습니다. 이것은 하이드로겔 네트워크 내부의 캡슐화된 세포의 부착을 실현할 수 있게한다 6. 또한, GelMA의 형성 능력은 유망하다. GelMA 분자 사슬에 있는 메타크릴아미드 단은 온화한 반응 조건의 광이니시에이터와 반응하고 광 조사에 노출시 공유 결합을 형성합니다. 따라서 인쇄된 구조는 신속하게 상호 연결되어 설계된 형상을 간단한 방식으로 유지할 수 있습니다.
이러한 특성에 기초하여 일련의 분야는 GelMA를 활용하여 조직 공학, 기본 세포학 분석, 약물 스크리닝 및 바이오센싱과 같은 다양한 응용 분야를 수행합니다. 따라서, 다양한 제조 전략은 또한7,8,9,10,11,12,13,14를입증했다. 그러나 GelMA를 기반으로 한 3D 바이오프린팅을 수행하는 것은 여전히 어려운 일이며, 이는 근본적인 특성 때문입니다. GelMA는 온도에 민감한 물질입니다. 인쇄 과정에서, 생체 잉크의 물리적 상태를 유지하기 위해 인쇄 분위기의 온도를 엄격하게 제어해야합니다. 게다가, GelMA의 점도는 일반적으로 다른 일반적인 하이드로겔 (즉, 알긴산, 키토산, 히알루론산 등)보다 낮다. 그러나 이 재료15로3D 아키텍처를 구축할 때 다른 장애물에 직면합니다.
이 문서는 우리 실험실에서 제안한 GelMA의 3D 바이오프린팅에 대한 몇 가지 접근법을 요약하고 인쇄된 샘플(즉, GelMA 마이크로스피어, GelMA 섬유, GelMA 복합 구조 및 GelMA 기반 미세 유체 칩의 합성)을 설명합니다. 각 메서드에는 특수 함수가 있으며 요구 사항이 다른 다양한 상황에서 채택할 수 있습니다. GelMA 마이크로스피어는 전기 보조 모듈에 의해 생성되며, 이는 액적 크기를 축소하기 위해 여분의 외부 전력을 형성합니다. GelMA 섬유의 관점에서, 그들은 점성 나트륨 알긴산의 도움으로 동축 바이오 프린팅 노즐에 의해 압출된다. 또한, 복잡한 3D 구조의 설립은 디지털 광 처리 (DLP) 바이오 프린터로 달성된다. 마지막으로 GelMA 하이드로겔과 기존 미세 유체 칩을 결합하여 GelMA 기반 미세 유체 칩을 구축하기 위한 두 번의 가교 전략이 제안되었습니다. 이 프로토콜은 우리의 실험실에서 사용되는 GelMA 바이오 프린팅 전략의 중요한 요약이며 상대 적인 분야에서 다른 연구자에 영감을 줄 수 있다고 믿어진다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 문서에서는 GelMA 3D 구조, 즉 GelMA 마이크로스피어, GelMA 섬유, GelMA 복합 구조 및 GelMA 기반 미세 유체 칩을 제조하기 위한 몇 가지 전략을 설명합니다. GelMA는 유망한 생체 적합성 및 형성 능력을 가지고 있으며 생체 제조 분야에서 널리 사용됩니다. 마이크로스피어 구조는 조절약물 방출, 조직 배양 및 추가 치료를 위한 유기체내의 주입에 적합하다21,22,…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 중국의 국가 핵심 연구 개발 프로그램 (2018YFA0703000), 중국 국립 자연 과학 재단 (No.U.U.U1609207, 81827804), 국가 자연 과학의 창조적 인 연구 그룹을위한 과학 기금에 의해 후원되었다 중국재단(제51821093호)
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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