An innovative biofabrication technique was developed to engineer three-dimensional constructs that resemble the architectural features, components, and mechanical properties of in vivo tissue. This technique features a newly developed sacrificial material, BSA rubber, which transfers detailed spatial features, reproducing the in vivo architectures of a wide variety of tissues.
Vev stillasene spille en avgjørende rolle i vev gjenfødelse prosessen. Den ideelle Stillaset må oppfylle flere krav som har riktig sammensetning, målrettet modulus, og veldefinerte arkitektoniske funksjoner. Biomaterialer som rekapitulere den indre arkitekturen i in vivo vev er avgjørende for å studere sykdommer, samt å legge til rette for regenerering av tapt og misformet bløtvev. En roman biofabrication teknikken ble utviklet som kombinerer state of the art bildebehandling, tredimensjonal (3D) utskrift, og selektiv enzymatisk aktivitet for å skape en ny generasjon av biomaterialer for forskning og klinisk anvendelse. Den utviklede materiale, Bovine Serum Albumin gummi, er reaksjonen injisert inn i en form som opprettholder spesifikke geometriske egenskaper. Denne offermaterialet tillater tilstrekkelig overføring av arkitektoniske funksjoner til en naturlig stillasmateriale. Prototypen består av en 3D kollagen stillas med 4 og 3 mm kanaler som ReprESENT en forgrenet arkitektur. Dette papiret fremhever bruken av denne biofabrication teknikk for generering av naturlige konstruksjoner. Denne protokollen benytter et dataassistert programvare (DAK) for å fremstille en fast form som vil bli injisert reaksjon med BSA gummi, etterfulgt av enzymatisk oppslutning av gummi, slik at dens arkitektoniske trekk i stillaset materiale.
I tissue engineering feltet evnen til å dikte vev stillasene er avgjørende. En egnet vev stillas har en 3D-struktur, består av biokompatible materialer, og etterligner in vivo vev arkitektur for å lette celle og vev vekst og remodellering. Dette stillas må tillate transport av næringsstoffer og fjerning av avfall 1-4. En av de viktigste hindringer i produksjonen av disse stillasene er evnen til å rekapitulere spesifikke geometriske egenskaper til et biokompatibelt materiale. Flere biofabrication teknikker har blitt rapportert til å styre de geometriske trekk ved disse stillasene, er eksempler electro 5-8, oppløsningsmiddelstøping 9, stereolitografi 10, og 3D-utskrift 11, blant andre. Disse teknikkene bommer i å gi en relativt enkel overføring av kontrollerbare interne og eksterne arkitektoniske funksjoner, er dyrt, er begrenset av sin oppløsning og trykkbarhet ( <em> f.eks dyse måler, materiell begrensning), eller krever post-fabrikasjon teknikker som krever en lang periode for å produsere levedyktige stillaser 12.
I mange kommersielle fabrikasjon systemer, er opprettelsen av interne hulrom, kanaler og funksjoner oppnådd ved hjelp av sand eller andre egnede flyttbare eller offer materialer. Metall eller plastdelen er dannet rundt sandform, og når den er stivnet, blir sanden fjernet. På samme måte, den neste generasjonen av biomaterialer trenger biosand tilsvarende. Derfor ble BSA gummi utviklet som en erstatning for biosand. BSA gummi er et nylig utviklet materiale som består av bovint serumalbumin tverrbundet med glutaraldehyd. Det ultimate målet er å gjenskape spesielle arkitektoniske elementer inn i en biologisk nedbrytbar kollagen stillas. Karakteristikken av offer biorubber som opprettholder geometrisk nøyaktighet med formen av det opprinnelige vev er beskrevet.
<p class = "jove_content"> Flere kombinasjoner av BSA og glutaraldehyd konsentrasjoner ble testet ved hjelp av en rekke løsemidler. Dette materiale ble laget ved reaksjon mellom BSA og glutaraldehyd. BSA gummi kan være reaksjons injiseres i den intrikate geometrier av vevet formene. Tverrbundet BSA er trypsin labil og lett spaltet av enzymet ved mild pH- og temperaturbetingelser. Omvendt, intakt type I kollagen er meget motstandsdyktig overfor trypsin fordøyelse. Disse funksjonene er balanseført til selektivt fjerne BSA gummi forlater kollagen bak. Den nåværende arbeid besto av å bestemme den ideelle parametre som trengs for å få en labil mold som kan levere konkrete arkitektoniske funksjoner til en biokompatibel stillaset. De spesifikke funksjoner som ble undersøkt inkluderte blandbarheten, enzymoppslutning, lastbærende, og evne til å være reaksjons injisert inn i en negativ form. Kombinasjonen av 30% BSA og 3% glutaraldehyd oppfyller disse kravene. Denne protokollen gir nødvenAry retningslinjer for å opprette disse tredimensjonale stillaser. Prototypen består av en kollagen stillas som representerer en forgrenet arkitektur med en innstrømning og to utløpskanalen med diametre på 4- og 3 mm, respektivt. Denne teknikk har mulighet for å etterligne makro- og mikro-miljøer i vevet av interesse. Denne teknologien gir en levedyktig teknikk for å levere en bestemt geometrisk rikt å et biologisk nedbrytbart materiale i en relativt enkel og betimelig spørsmål med high fidelity, som kan være innstilt på å etterligne in vivo vev elastisitet og andre egenskaper av vevet av interesse.Biofabrication er en svært tverrfaglig felt der biologi og tekniske prinsipper flette å generere komplekse materialer som etterligner naturlig vev. For å oppnå dette, er det et behov for å utvikle teknikker som bruker informasjonen som er samlet fra in vivo vev, og oversette den til en in vitro stillaset. På denne måten kan en plattform være konstruert som ligner de arkitektoniske, funksjonelle og mekaniske egenskaper av in vivo vev. Den optimale stillasmateriell må ha visse …
The authors have nothing to disclose.
This work was supported by NIH-NIDCR IRO1DE019355 (MJ Yost, PI), and NSF-EPSCoR (EPS-0903795).
Collagen type I | Collagen extracted from calf hide | ||
Hydrocloric Acid (HCl) | Sigma-Aldrich | 7647-01-0 | |
Phosphate Buffer Solution (PBS Tablets) | MP Biomedical | U5378 | 1 tablet per 100 mL makes 1XPBS |
Albumium from bovine serum (BSA) | Sigma-Aldrich | A9647 | |
Glutaraldehyde | Sigma -Aldrich | G5882 | Toxic |
Lard | Fields | 3090 | |
Stainless Steel Molds | Milled using Microlution Machine | ||
Air Brush Kit | Central Pneumatic | 47791 | |
Mixing Tip for double syringe | Medmix | ML2.5-16-LLM | Mixer, DN2,5X16, 4:1 brown, med |
Small O ring for double syringe | Medmix | PPB-X05-04-02SM | Piston B, 5mL, 4:1, PE natural |
Double Syringe cap | Medmix | VLX002-SM | Cap, 4:1/10:1, PE brown, med |
Big O ring for double syringe | Medmix | PPA-X05-04-02SM | Piston A, 5 mL, 4:1 |
Double Syringe | Medmix | SDL X05-04-50M | Double syringe, 5 mL, 4:1 |
Double Syringe Dispenser | Medmix | DL05-0400M | Dispenser, 5 mL, 4:1, med , plain |
Laminim | 3.6 mg/mL- extracted USC lab | ||
20 mL Syringe Luer Lock Tip | BD | 302830 | |
Luer Lock Caps | Fisher | JGTCBLLX | |
HEPES | Sigma -Aldrich | H4034 | |
Gibco Minimum Essential Media 10X (MEM) | Life Technologies | 1143-030 | |
Trypsin | Life Technologies | 27250-018 | |
UV Crosslinker | Spectroline UV | XLE1000 | |
Sodium Cloride (NaCl) | Fisher | S271-10 | To prepare Mosconas |
Potassium chloride (KCl) | Sigma -Aldrich | P5405-250 | To prepare Mosconas |
Sodium Bicarbonate (NaHCO3) | Fisher | BP328-500 | To prepare Mosconas |
Glucose | Sigma -Aldrich | G-8270 | To prepare Mosconas |
Sodium Phosphate didasic (NaH2PO4) | Sigma-Aldrich | S-7907 | To prepare Mosconas |
Sterile Filter for syringes | Corning | 431224 |