점성-관성 포스 제팅을 번갈아 가며 생체외 하이드로겔 마이크로캐리어의 3D 프린팅
Summary
하이드로겔 마이크로캐리어의 시공을 가능하게 하는 점성 관성력을 번갈아 가며 구동되는 온화한 3D 프린팅 기술이 여기에 제시되어 있다. 수제 노즐은 유연성을 제공하므로 다양한 재료와 직경을 쉽게 대체할 수 있습니다. 직경 50-500 μm의 세포 결합 마이크로 캐리어는 추가 배양을 위해 얻어서 수집할 수 있습니다.
Abstract
마이크로 캐리어는 직경 60-250 μm및 대규모 세포 배양을 위한 운반체로 일반적으로 사용되는 큰 특정 표면적을 가진 구슬입니다. 마이크로 캐리어 배양 기술은 세포 학 연구의 주요 기술 중 하나가되었으며 대규모 세포 확장 분야에서 일반적으로 사용됩니다. 마이크로 캐리어는 또한 체외 조직 엔지니어링 건설 및 임상 약물 선별에서 점점 더 중요한 역할을 하는 것으로 나타났습니다. 마이크로 캐리어를 준비하기위한 현재 의 방법은 종종 복잡한 흐름 채널 설계, 호환되지 않는 2 상 인터페이스 및 고정 노즐 모양에 의존하는 미세 유체 칩과 잉크젯 인쇄를 포함한다. 이러한 방법은 여러 바이오잉크에 적용될 때 복잡한 노즐 처리, 불편한 노즐 변경 및 과도한 압출력의 과제에 직면해 있습니다. 이 연구에서는, 번갈아 점성-관성 힘 제팅이라고 불리는 3D 프린팅 기법이 직경 100-300 μm의 하이드로겔 마이크로 캐리어의 건설을 가능하게 하기 위해 적용되었다. 세포는 이후에 조직 공학 모듈을 형성하기 위해 마이크로 캐리어에 시드되었다. 기존 방법에 비해 이 방법은 무료 노즐 팁 직경, 유연한 노즐 스위칭, 인쇄 파라미터의 자유로운 제어, 광범위한 생리활성 재료에 대한 가벼운 인쇄 조건을 제공합니다.
Introduction
마이크로 캐리어는 직경 60-250 μm및 큰 특정 표면적을 가진 구슬이며 일반적으로 세포의 대규모 배양에 사용된다1,2. 그들의 외부 표면은 세포에 대한 풍부한 성장 부위를 제공하고, 내부는 공간 확산을위한 지원 구조를 제공합니다. 구형 구조는 또한 pH, O2 및 영양소와 대사 산물의 농도를 포함한 파라미터를 모니터링하고 제어하는 데 편리함을 제공합니다. 교반탱크 생물반응기와 함께 사용하면 마이크로캐리어는 기존 배양에 비해 상대적으로 적은 부피로 더 높은 세포 밀도를 달성할 수 있어 대규모 배양3를 달성하는 비용 효율적인 방법을 제공한다. 마이크로캐리어 배양 기술은 세포학 연구의 주요 기술 중 하나가 되었으며, 줄기세포, 간세포, 연골세포, 섬유아세포 및 기타 구조물의 대규모 확장 분야에서 많은 진전이 이루어지고 있다. 그(것)들은 또한 이상적인 약 납품 차량 및 상향식 단위로, 그러므로 임상 약 검열 및 체외 조직 공학 수리에 있는 점점 중요한 역할을 취하는 것으로 밝혀졌습니다5.
다양한 시나리오에서 기계적 특성 요구 사항을 충족하기 위해 여러 유형의 하이드로겔 재료가 마이크로 캐리어 6,7,8,9,10,11의 건설에 사용하기 위해 개발되었습니다. 알기네이트와 히알루론산(HA) 하이드로겔은 생체 적합성과 교차 연결성 12,13로 인해 가장 많이 사용되는 마이크로캐리어 물질 중 두 가지입니다. 알기네이트는 염화칼슘에 의해 쉽게 교차 연결될 수 있으며, 그 기계적 특성은 교차 연결 시간을 변경하여 변조될 수 있다. 티라민-공주 HA는 과산화수소와 고추냉이 과산화기 과산화기과 고추냉이 과산화기과 고추냉이에 의해 촉매된 티라민 모에이티의 산화 결합에 의해 교차 연결됩니다. 콜라겐은 독특한 나선형 구조와 교차 연결된 섬유 네트워크로 인해 종종 세포 부착을 촉진하기 위해 마이크로 캐리어에 혼합하는 보조체로 사용됩니다15,16.
마이크로 캐리어를 준비하기위한 현재 의 방법은 미세 유체 칩을 포함, 잉크젯 인쇄, 및 전기 스프레이17,18,19,20,21,22,23. 미세 유체 칩은 균일한 크기의 마이크로 캐리어24를 생산하는 데 빠르고 효율적인 것으로 입증되었습니다. 그러나 이 기술은 복잡한 흐름 채널 설계 및 제조 프로세스25에 의존합니다. 잉크젯 인쇄 시 고온 또는 과도한 압출력뿐만 아니라 전기 스프레이 접근법에서 강렬한 전기장은 재료, 특히 생물학적 활성의 특성에 부정적인 영향을 미칠 수 있다19. 또한, 다양한 생체 재료와 직경에 적용될 때, 이러한 방법에 사용되는 맞춤형 노즐은 제한된 처리 복잡성, 높은 비용 및 낮은 유연성을 초래합니다.
마이크로캐리어 준비를 위한 편리한 방법을 제공하기 위해, 수레겔 마이크로캐리어를 시공하기 위해 점성-관성력 분사(AVIFJ)를 번갈아 하는 3D 프린팅 기술이 적용되었다. 이 기술은 수직 진동 중에 발생하는 하향 구동력과 정적 압력을 활용하여 노즐 팁의 표면 장력을 극복하고 물방울을 형성합니다. 가혹한 힘 및 열 조건 대신, 작은 급속한 변위는 인쇄 도중 노즐에 직접 작용하여 생잉크의 물리화학적 특성에 사소한 영향을 미치고 생리 활성 물질에 대한 큰 매력을 제시합니다. AVIFJ 방법을 활용하여 직경 100-300 μm의 다중 생체 재료의 마이크로 캐리어가 성공적으로 형성되었습니다. 게다가, 마이크로 캐리어는 세포를 잘 결합하고 부착 된 세포에 적합한 성장 환경을 제공하는 것이 더 입증되었다.
Protocol
Representative Results
Discussion
여기에 설명된 프로토콜은 다중 유형의 하이드로겔 마이크로 캐리어 및 후속 세포 파종의 제조를 위한 지침을 제공합니다. 미세 유체 칩 및 잉크젯 인쇄 방법에 비해 마이크로 캐리어를 구축하는 AVIFJ 접근 방식은 더 큰 유연성과 생체 적합성을 제공합니다. 독립적인 노즐은 유리 마이크로파이프를 포함한 다양한 경량 노즐을 이러한 인쇄 시스템에 사용할 수 있습니다. 제어성이 높은 처리는 저수…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 베이징 자연과학 재단(3212007), 칭화대학교 이니셔티브 과학 연구 프로그램(20197050024), 칭화대학교 봄바람기금(20201080760), 중국 국립자연과학재단(51805294), 중국 국립지질과학재단(2018YFA0703004), 111개 프로젝트(B17026)가 후원했다.
Materials
| A549 cells | ATCC | CCL-185 | Human non-small cell lung cancer cell line |
| Bright field microscope | Olympus | DP70 | |
| Confocal microscope | Nikon | TI-FL | |
| Fetal bovine serum, FBS | BI | 04-001-1ACS | |
| Gelatin | SIGMA | G1890 | |
| Glass micropipettes | sutter instrument | b150-110-10 | |
| GlutaMAX | GIBCO | 35050-061 | |
| H-DMEM | GIBCO | 11960-044 | Dulbecco's modified eagle medium |
| Horseradish peroxidase powder | SIGMA | P6782 | |
| Hydrophobic agent | 3M | PN7026 | Follow the manufacturer's instructions and use after dilution |
| Micro-forge device | narishige | MF-900 | |
| Non-essential amino acids, NEAA | GIBCO | 11140-050 | non-essential amino acids |
| Penicillin G and streptomycin | GIBCO | 15140-122 | |
| Petri dish | SIGMA | P5731-500EA | |
| Puller | sutter instrument | P-1000 | |
| Sodium alginate | SIGMA | A0682 | |
| Trypsin | GIBCO | 25200-056 | |
| Type I collagen solution from rat tail | SIGMA | C3867 |
Riferimenti
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