Protocolli di biostampa 3D di Gelatin Abasecryloyl Hydrogel Based Bioinks
Summary
Presentato qui è un metodo per la biostampa 3D di gelatina methacryloyl.
Abstract
La gelatina methacryloyl (GelMA) è diventata un biomateriale popolare nel campo della biostampa. La derivazione di questo materiale è la gelatina, che è idrolizzata dal collagene mammifero. Così, le sequenze di acido arginina-glicina-aspartico (RGD) e i motivi bersaglio della matrice metalloproteinasi (MMP) rimangono sulle catene molecolari, che aiutano a raggiungere l’attaccamento e la degradazione delle cellule. Inoltre, le proprietà di formazione di GelMA sono versatili. I gruppi di methacrilmide permettono a un materiale di diventare rapidamente incrociato sotto irradiazione leggera in presenza di un fotoinitiatore. Pertanto, ha molto senso stabilire metodi adatti per sintetizzare strutture tridimensionali (3D) con questo materiale promettente. Tuttavia, la sua bassa viscosità limita la stampabilità di GelMA. Qui sono presentati metodi per realizzare la biostampa 3D di idrogel GelMA, vale a dire la fabbricazione di microsfere Di GelMA, fibre GelMA, strutture complesse GelMA e chip microfluidici basati su GelMA. Vengono discusse le strutture risultanti e la biocompatibilità dei materiali e dei metodi di stampa. Si ritiene che questo protocollo possa fungere da ponte tra i biomateriali applicati in precedenza e GelMA, oltre a contribuire alla creazione di architetture 3D basate su GelMA per applicazioni biomediche.
Introduction
Si ritiene che gli idrogel siano un materiale adatto nel campo della biofabbricazione1,2,3,4. Tra questi, la gelatina methacryloyl (GelMA) è diventata uno dei biomateriali più versatili, inizialmente proposto nel 2000 da Van Den Bulcke et al.5. GelMA è sintetizzata dalla reazione diretta della gelatina con anidrato methacril (MA). La gelatina, idrolizzata dal collagene mammifero, è composta da motivi bersaglio della matrice metalloproteinasi (MMP). Così, i modelli di tessuto tridimensionale in vitro (3D) stabiliti da GelMA possono idealmente imitare le interazioni tra le cellule e la matrice extracellulare (ECM) in vivo. Inoltre, le sequenze di acido arginina-glicina-aspartico (RGD), che sono assenti in alcuni altri idrogel come gli alginati, rimangono sulle catene molecolari di GelMA. Questo permette di realizzare l’attaccamento di cellule incapsulate all’interno delle reti idrogel6. Inoltre, la capacità di formazione di GelMA è promettente. I gruppi di methacrilmide sulle catene molecolari di GelMA reagiscono con il fotoinitiatore in condizioni di reazione mite e formano legami covalenti dopo l’esposizione all’irradiazione leggera. Pertanto, le strutture stampate possono essere rapidamente incrociate per mantenere le forme progettate in modo semplice.
Sulla base di queste proprietà, una serie di campi utilizzano GelMA per eseguire varie applicazioni, come l’ingegneria tissutale, l’analisi citologia di base, lo screening farmacologico e il biosensing. Di conseguenza, sono state dimostrate anche varie strategie di fabbricazione7,8,9,10,11,12,13,14. Tuttavia, è ancora difficile effettuare la biostampa 3D basata su GelMA, che è dovuta alle sue proprietà fondamentali. GelMA è un materiale sensibile alla temperatura. Durante il processo di stampa, la temperatura dell’atmosfera di stampa deve essere rigorosamente controllata per mantenere lo stato fisico del bioinchiostro. Inoltre, la viscosità di GelMA è generalmente inferiore rispetto ad altri idrogel comuni (ad esempio, alginato, chitosano, acido ialuronico, ecc.). Tuttavia, altri ostacoli si trovano ad affrontare quando si costruisce architetture 3D con questo materiale15.
Questo articolo riassume diversi approcci per la biostampa 3D di GelMA proposta dal nostro laboratorio e descrive i campioni stampati (ad esempio, la sintesi di microsfere Di GelMA, fibre GelMA, strutture complesse GelMA e chip microfluidici basati su GelMA). Ogni metodo ha funzioni specializzate e può essere adottato in diverse situazioni con requisiti diversi. Le microsfere GelMA sono generate da un modulo elettroassistito, che forma una forza elettrica esterna aggiuntiva per ridurre la dimensione delle goccioline. In termini di fibre di GelMA, sono estruso da un ugello biostampa coassiale con l’aiuto di alginato di sodio viscoso. Inoltre, la creazione di strutture 3D complesse si ottiene con un biostampa digitale di elaborazione della luce (DLP). Infine, viene proposta una strategia di collegamento due volte per costruire chip microfluidici basati su GelMA, combinando idrogel GelMA e chip microfluidici tradizionali. Si ritiene che questo protocollo sia una sintesi significativa delle strategie di biostampa Di GelMA utilizzate nel nostro laboratorio e possa ispirare altri ricercatori in campi relativi.
Protocol
Representative Results
Discussion
Questo articolo descrive diverse strategie per fabbricare strutture 3D GelMA, vale a dire microsfere Di GelMA, fibre GelMA, strutture complesse GelMA e chip microfluidici basati su GelMA. GelMA ha promettenti capacità di biocompatibilità e formazione ed è ampiamente utilizzato nel campo della biofabbricazione. Le strutture della microsfera sono adatte per il rilascio controllato di farmaci, la coltura dei tessuti e l’iniezione negli organismi per un’ulteriore terapia21,<sup class="xr…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato sponsorizzato dal National Key Research and Development Program of China (2018YFA0703000), dalla National Nature Science Foundation of China (No.U1609207, 81827804), dal Science Fund for Creative Research Groups della National Natural Science Fondazione della Cina (n. 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 |
Riferimenti
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