Schaffung von Herzgewebe, die mechanische Integration von Sphäroiden mit 3D-Bioprinting ermöglicht
Summary
Dieses Protokoll beschreibt das 3D-Bioprinting von Herzgewebe ohne den Einsatz von Biomaterialien. 3D-Bioprints-Herz-Patches zeigen mechanische Integration von Komponenten-Sphäroiden und sind vielversprechend bei der Herz-Gewebe-Regeneration und als 3D-Modelle von Herzerkrankungen.
Abstract
Dieses Protokoll beschreibt das 3D-Bioprinting von Herzgewebe ohne den Einsatz von Biomaterialien, wobei nur Zellen verwendet werden. Kardiomyozyten, Endothelzellen und Fibroblasten werden zuerst isoliert, gezählt und bei gewünschten Zellverhältnissen gemischt. Sie werden in einzelnen Brunnen in ultra-niedrigen Befestigung 96-Well-Platten co-kultiviert. Innerhalb von 3 Tagen, schlagen Sphärenoiden bilden. Diese Sphäroide werden dann durch eine Düse mit Vakuumsaugung aufgenommen und auf einer Nadelanordnung unter Verwendung eines 3D-Bioprinter aufgebaut. Die Sphäroide dürfen dann auf dem Nadel-Array verschmelzen. Drei Tage nach dem 3D-Bioprinting werden die Sphäroide als intaktes Patch entfernt, das schon spontan schlägt. 3D-Bioprints-Herz-Patches zeigen mechanische Integration von Komponenten-Sphäroiden und sind vielversprechend bei der Herz-Gewebe-Regeneration und als 3D-Modelle von Herzerkrankungen.
Introduction
Es gibt viele verschiedene Methoden der 3D-Bioprinting 1 , 2 , 3 . Das 3D-Bioprinting wird häufig durch die Drucktechnologie 1 klassifiziert, mit Beispielen wie Inkjet-Bioprinting, Microextrusion Bioprinting, laserunterstütztes Bioprinting, einer Kombination von Methoden oder neueren Ansätzen. 3D-Bioprinting kann auch in Gerüst- oder Gerüst-abhängige Methoden eingeteilt werden 4 . Die meisten Methoden des 3D-Bioprintings sind gerüstabhängig, wo Biomaterialien erforderlich sind, zB Bioinks 5 oder Gerüste 6 . Allerdings ist das Gerüst-abhängige 3D-Bioprinting viele Probleme und Einschränkungen 4 , 7 , wie Immunogenität von Gerüstmaterial, Kosten für proprietäre Bioinks, langsame Geschwindigkeit und Toxizität von Abbauprodukten.
ScafFachfreies Herzgewebe-Engineering mit Sphäroiden wurde versucht 8 , mit dem Potenzial, diese Nachteile der Gerüst-abhängigen Tissue Engineering zu überwinden. Jedoch, wie von den Autoren in diesem Papier anerkannt, war es schwierig, robuste Griff und Position Sphäroiden an festen Standorten, in den Prozess der Biofabrikation. Die gleichzeitige Nutzung von 3D-Bioprinting und Sphäroid-basierten Tissue Engineering hat das Potenzial, diese Schwierigkeiten zu überwinden. In diesem Protokoll beschreiben wir das 3D-Bioprinting von Herzgewebe ohne andere Biomaterialien, wobei nur Zellen in Form von Sphäroiden verwendet werden.
Gerüstfreie Sphäroid-basierte 3D-Bioprinter 9 haben die Möglichkeit, einzelne Sphäroide mit Vakuumsaugung aufzuheben und auf einem Nadel-Array zu positionieren. Das Konzept der Positionierung von Sphäroiden auf einem Nadel-Array in 3D-Bioprinting, ist inspiriert von der Verwendung von Nadel-Arrays (bekannt als " Kenzan ") in der alten JapaNese kunst der blumenanordnung , ikebana. Dieses System ermöglicht die präzise Positionierung von Sphäroiden in beliebiger Konfiguration und führt dazu, dass die einzelnen Sphäroide über einen kurzen Zeitraum zusammenschmelzen, um ein 3D-Bioprints-Gewebe zu erzeugen. Diese Methode ermöglicht es, dass Sphäroide mit Leichtigkeit manipuliert werden können, mit potenziellen Implikationen für die Zukunft der gerüstfreien Orgel-Biofabrikation.
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
Die Autoren erkennen die folgenden Finanzierungsquellen an: Magic That Matters Fund for Cardiovascular Research und der Maryland Stem Cell Research Fund (2016-MSCRFI-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
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