إنشاء الأنسجة القلبية عرض التكامل الميكانيكي للكروية باستخدام بيوبرينتينغ 3D
Summary
يصف هذا البروتوكول بيوبرينتينغ 3D من الأنسجة القلبية دون استخدام المواد الحيوية. 3D بيوبرينتد بقع القلب المعرض التكامل الميكانيكي من الكروية عنصر واعدة للغاية في تجديد الأنسجة القلب ونماذج 3D من أمراض القلب.
Abstract
يصف هذا البروتوكول بيوبرينتينغ 3D من أنسجة القلب دون استخدام المواد الحيوية، وذلك باستخدام الخلايا فقط. يتم عزل الخلايا العضلية، الخلايا البطانية والألياف الليفية أولا، عد ومختلطة في نسب الخلايا المطلوبة. انهم شارك في تربيتها في الآبار الفردية في منخفضة للغاية مرفق 96 لوحات جيدا. في غضون 3 أيام، ضرب الكروية شكل. ثم يتم التقاط هذه الكروية عن طريق فوهة باستخدام شفط فراغ وتجميعها على مجموعة إبرة باستخدام بيوبرينتر 3D. ثم يتم السماح الكروية ل فتيل على مجموعة إبرة. بعد ثلاثة أيام من بيوبرينتينغ 3D، يتم إزالة الكروية باعتبارها التصحيح سليمة، الذي هو بالفعل ضرب تلقائيا. 3D بيوبرينتد بقع القلب المعرض التكامل الميكانيكي من الكروية عنصر واعدة للغاية في تجديد الأنسجة القلب ونماذج 3D من أمراض القلب.
Introduction
هناك العديد من أساليب مختلفة من بيوبرينتينغ 3D 1 ، 2 ، 3 . غالبا ما تصنف بيوبرينتينغ 3D بواسطة تكنولوجيا الطباعة 1 ، مع أمثلة مثل بيوبرينتينغ النافثة للحبر، بيوبرينتينغ ميكروكروسيون، بيوبرينتينغ بمساعدة الليزر، مزيج من الأساليب، أو نهج أحدث. ويمكن أيضا أن تصنف بيوبرينتينغ 3D في السقالات خالية أو السقالات تعتمد على الطرق 4 . معظم أساليب بيوبرينتينغ 3D تعتمد على سقالة، حيث هناك حاجة للمواد الحيوية، على سبيل المثال بيوينكس 5 أو السقالات 6 . ومع ذلك، بيوبرينتينغ 3D تعتمد سقالة تواجه العديد من القضايا والقيود 4 ، 7 ، مثل إمونوجينيسيتي من المواد السقالات، وتكلفة بيوينكس الملكية، وسرعة بطيئة وسمية من منتجات التحلل.
المجلس العسكريوقد تم محاولة خالية من أضعاف هندسة الأنسجة القلبية باستخدام الكروية 8 ، مع القدرة على التغلب على هذه العيوب هندسة النسيج تعتمد سقالة. ومع ذلك، وكما اعترف المؤلفون في تلك الورقة، كان من الصعب التعامل بقوة مع وضع الكروية في مواقع ثابتة، في عملية التصنيع البيولوجي. استخدام ما يصاحب ذلك من بيوبرينتينغ 3D وهندسة الأنسجة القائمة على كروي لديه القدرة على التغلب على هذه الصعوبات. في هذا البروتوكول، ونحن تصف بيوبرينتينغ 3D من أنسجة القلب دون غيرها من المواد الحيوية، وذلك باستخدام الخلايا فقط في شكل الكروية.
السقالات خالية من كروية 3D بيوبرينترس 3D لديها القدرة على التقاط الكروية الفردية باستخدام شفط فراغ ووضعها على مجموعة إبرة. مفهوم المواقع الكروية على مجموعة إبرة في بيوبرينتينغ 3D، مستوحاة من استخدام صفائف الإبرة (المعروفة باسم " كنزان ") في جابا القديمةنيس، طريقة، بسبب، أزهر، الترتيب، إيكيبانا. يسمح هذا النظام الكروية أن تكون على وجه التحديد في أي تكوين والنتائج في الكروية الفردية دمج معا على مدى فترة قصيرة لخلق الأنسجة بيوبرينتد 3D. وهكذا يسمح هذا الأسلوب الكروية أن التلاعب بكل سهولة، مع الآثار المحتملة على مستقبل بيوفابريكاتيون العضو خالية من سقالة.
Protocol
Representative Results
Discussion
It is important to use beating, functional spheroids for 3D bioprinting. If spheroids are not beating, continuing to use them will invariably result in a non-functional 3D bioprinted patch.
One benefit of this approach is the ability to manipulate the cell content of the patch by varying the total number of cells and the percentage of cardiomyocytes, endothelial cells, and fibroblasts in the spheroids. This allows for many different types of cardiac patches to be printed, with varying histolog…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ويقر المؤلفان بمصادر التمويل التالية: صندوق ماجيك ذا ماترس للأبحاث القلبية الوعائية وصندوق أبحاث الخلايا الجذعية في ميريلاند (2016-مسكرفي-2735).
Materials
| Geltrex | Invitrogen | A1413202 | |
| Trypsin/EDTA 0.05% | Thermo Fisher | 15400054 | |
| Defined Trypsin inhibitor 0.0125% | Thermo Fisher | R007100 | |
| RPMI Cell Media | Invitrogen | 11875-093 | RPMI supplemented with B27 constitutes HIPSC-CM culture media |
| B-27 Supplement | Thermo Fisher | 17504044 | RPMI supplemented with B27 constitutes HIPSC-CM culture media |
| Countess Automated Cell Counter | Invitrogen | C10227 | |
| Human cardiac fibroblasts (adult ventricular type) | Sciencell | 6310 | |
| Human umbilical vein endothelial cells | Lonza | CC-2935 | |
| PrimeSurface ultra-low attachment 96-well U-bottom plates | Akita Sumitomo Bakelite Co. | MS-9096UZ | |
| Regenova Bio 3D Printer | Cyfuse Biomedical K.K. | N/A | www.cyfusebio.com/en/ |
| Trypan Blue Solution, 0.4% | Thermo Fisher | 15250061 | |
| Troponin T Antibody | Thermo Fisher | 701620 | |
| Connexin 43 (Cx43) Antibody | Chemicon | MAB3068 | |
| ProLong Gold Antifade Mountant with DAPI | Thermo Fisher | P36935 |
References
- Murphy, S. V., Atala, A. 3D bioprinting of tissues and organs. Nat Biotech. 32, 773-785 (2014).
- Bajaj, P., Schweller, R. M., Khademhosseini, A., West, J. L., Bashir, R. 3D biofabrication strategies for tissue engineering and regenerative medicine. Ann Rev Biomed Eng. 16, 247-276 (2014).
- Patra, S., Young, V. A Review of 3D Printing Techniques and the Future in Biofabrication of Bioprinted Tissue. Cell Biochem Biophy. 74, 93-98 (2016).
- Moldovan, N. I., Hibino, N., Nakayama, K. Principles of the Kenzan Method for Robotic Cell Spheroid-Based Three-Dimensional Bioprinting. Tissue Eng Part B Rev. , (2017).
- Cui, X., Boland, T., D’Lima, D. D., Lotz, M. K. Thermal inkjet printing in tissue engineering and regenerative medicine. Recent Pat Drug Deliv Formul. 6, 149-155 (2012).
- Murphy, C. M., Haugh, M. G., O’Brien, F. J. The effect of mean pore size on cell attachment, proliferation and migration in collagen-glycosaminoglycan scaffolds for bone tissue engineering. Biomater. 31, 461-466 (2010).
- Noguchi, R., et al. Development of a three-dimensional pre-vascularized scaffold-free contractile cardiac patch for treating heart disease. J Heart Lung Transpl. 35, 137-145 (2016).
- Mironov, V., et al. Organ printing: tissue spheroids as building blocks. Biomater. 30, 2164-2174 (2009).
- Itoh, M., et al. Scaffold-Free Tubular Tissues Created by a Bio-3D Printer Undergo Remodeling and Endothelialization when Implanted in Rat Aortae. PloS One. 10, e0136681 (2015).
- Lieu, P. T., Fontes, A., Vemuri, M. C., Macarthur, C. C. Generation of induced pluripotent stem cells with CytoTune, a non-integrating Sendai virus. Methods Mol Biol. 997, 45-56 (2013).
- Li, S., Cheng, H., Tomaselli, G. F., Li, R. A. Mechanistic basis of excitation-contraction coupling in human pluripotent stem cell-derived ventricular cardiomyocytes revealed by Ca2+ spark characteristics: direct evidence of functional Ca2+-induced Ca2+ release. Heart Rhythm. 11, 133-140 (2014).
- Boheler, K. R., et al. A Human Pluripotent Stem Cell Surface N-Glycoproteome Resource Reveals Markers, Extracellular Epitopes, and Drug Targets. Stem Cell Rep. 3, 185-203 (2014).
- ScienCell Research Laboratories. . Human Cardiac Fibroblasts (adult ventricular) Product Sheet. , (2017).
- Lonza Walkersville, Inc. . Endothelial Cell Systems – Technical Information & Instructions.,. , (2015).
- Thermo Fisher Scientific, Inc. . Immunofluorescence Method for IHC Detection. , (2017).
- Murata, D., et al. A preliminary study of osteochondral regeneration using a scaffold-free three-dimensional construct of porcine adipose tissue-derived mesenchymal stem cells. J Orthop Surg Res. 10, (2015).
- Mosadegh, B., Xiong, G., Dunham, S., Min, J. K. Current progress in 3D printing for cardiovascular tissue engineering. Biomed Mater. 10, 034002 (2015).
- Chang, C. C., Boland, E. D., Williams, S. K., Hoying, J. B. Direct-write Bioprinting Three-Dimensional Biohybrid Systems for Future Regenerative Therapies. J Biomed Mater Res. Part B, Appl Biomater. 98, 160-170 (2011).
- Lee, J. M., Sing, S. L., Tan, E. Y. S., Yeong, W. Y. Bioprinting in cardiovascular tissue engineering: a review. International J Bioprinting. 2 (2016), (2016).
