Здесь представлен метод 3D-биопечати желатина метакрилоила.
Гелатин метакрилоил (GelMA) стал популярным биоматериалом в области биопечати. Производным этим материалом является желатин, который гидролизмовается из коллагена млекопитающих. Таким образом, аргинин-глицин-аспарговая кислота (РГД) последовательности и целевые мотивы матричной металлопротеинаазы (ММП) остаются на молекулярных цепях, которые помогают достичь клеточной привязанности и деградации. Кроме того, свойства формирования GelMA являются универсальными. Группы метакриламида позволяют материалу быстро пересекаться под световым облучением в присутствии фотоинитиатора. Поэтому имеет смысл создать подходящие методы синтеза трехмерных (3D) структур с помощью этого перспективного материала. Однако его низкая вязкость ограничивает доступность GelMA. Здесь представлены методы проведения 3D-биопечати гидрогелей GelMA, а именно изготовление микросфер GelMA, волокон GelMA, сложных структур GelMA и микрофлюидных микрочипов на основе GelMA. Обсуждаются полученные структуры и биосовместимость материалов, а также методы печати. Считается, что этот протокол может служить мостом между ранее примененными биоматериалами и GelMA, а также способствовать созданию 3D-архитектурна на основе GelMA для биомедицинских приложений.
Гидрогели считаются подходящим материалом в области биофабрикации1,2,3,4. Среди них желатин метакрилоил (GelMA) стал одним из самых универсальных биоматериалов, первоначально предложенных в 2000 году Ван Ден Омке и др.5. ГельМА синтезируется непосредственной реакцией желатина с метакрилическим ангидридом (МА). Желатин, гидролизуемый коллагеном млекопитающих, состоит из целевых мотивов матричной металлопротеинаазы (ММП). Таким образом, трехмерные (3D) модели тканей In vitro, созданные GelMA, могут идеально имитировать взаимодействие между клетками и внеклеточной матрицей (ECM) in vivo. Кроме того, аргинин-глицин-аспарговая кислота (РГД) последовательности, которые отсутствуют в некоторых других гидрогелей, таких как альгинаты, остаются на молекулярных цепях GelMA. Это позволяет реализовать вложение инкапсулированных ячеек внутри гидрогелевыхсетей 6. Кроме того, возможности формирования GelMA является перспективным. Группы метакриламида на молекулярных цепях GelMA реагируют с фотоинитиатором в мягких условиях реакции и образуют ковалентные связи при воздействии облучения света. Таким образом, печатные структуры могут быть быстро перекрестные для поддержания разработанных форм простым способом.
Основываясь на этих свойствах, ряд областей используют GelMA для выполнения различных применений, таких как тканевая инженерия, основной анализ цитологии, скрининг наркотиков и биосенсирование. Соответственно, различные стратегии изготовления также были продемонстрирована7,8,9,10,11,12,13,14. Тем не менее, это все еще сложно провести 3D биопечать на основе GelMA, которая из-за его фундаментальных свойств. GelMA является чувствительным к температуре материалом. В процессе печати, температура атмосферы печати должна быть строго контролируется для того, чтобы поддерживать физическое состояние биоинки. Кроме того, вязкость GelMA, как правило, ниже, чем другие распространенные гидрогели (наоборот, альгинат, хитозан, гиалуроновая кислота и т.д.). Тем не менее, другие препятствия сталкиваются при строительстве 3D архитектуры с этим материалом15.
В этой статье кратко излагается несколько подходов к 3D-биопечати GelMA, предложенных нашей лабораторией, и описаны печатные образцы (т.е. синтез микросфер GelMA, волокон GelMA, сложных структур GelMA и микрофлюидных микрочипов на основе GelMA). Каждый метод имеет специализированные функции и может быть принят в различных ситуациях с различными требованиями. Микросферы GelMA генерируются электроусилитом модулем, который формирует дополнительную внешнюю электрическую силу для сокращения размера капли. С точки зрения волокон GelMA, они выдавливаются коаксиальным сопло биопечати с помощью вязких альгината натрия. Кроме того, создание сложных 3D-структур достигается с помощью биопринтера цифровой обработки света (DLP). Наконец, предлагается стратегия дважды перекрестных ссылок на создание микрофлюидных микрочипов на основе GelMA, сочетающих гидрогель GelMA и традиционные микрофлюидные чипы. Считается, что этот протокол представляет собой значительное резюме стратегий биопечати GelMA, используемых в нашей лаборатории, и может вдохновить других исследователей в относительной области.
В этой статье описано несколько стратегий изготовления 3D-структур GelMA, а именно микросферы GelMA, волокна GelMA, сложные структуры GelMA и микрофлюидные микрочипы на основе GelMA. GelMA обладает многообещающей биосовместимостью и способностью к образованию и широко используется в области биофабри…
The authors have nothing to disclose.
Эта работа была организована Национальной ключевой программой исследований и разработок Китая (2018YFA0703000), Национальным фондом естественных наук Китая (No.U1609207, 81827804), Научным фондом творческих исследовательских групп Национальной естественной науки Фонд Китая (No 51821093).
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 |