다층 하이드로겔 바이오잉크를 3차원 바이오프린팅에 사용하여 균일한 세포 분배
Summary
여기서, 우리는 캡슐화된 세포의 침전을 방지하기 위하여 액체 같이 bioinks (낮은 점도를 가진 젤라틴 methacryloyl)를 위한 새로운 다층 수정 전략을 개발했습니다.
Abstract
압출 기반 의 3 차원 바이오 프린팅 공정 동안 점도가 낮은 액체 와 같은 바이오잉크는 전단 응력에 의해 유도 된 막 손상으로부터 세포를 보호하고 캡슐화된 세포의 생존을 향상시킬 수 있습니다. 그러나, 저수지의 급속한 중력 구동 세포 침전은 생체 인쇄 구조물에 있는 불균일한 세포 분포로 이끌어 내고 그러므로 액체 같이 bioinks의 적용을 방해할 수 있었습니다. 여기서는 캡슐화된 세포의 침전을 방지하기 위해 액체형 바이오잉크(예: 점도가 낮은 젤라틴 메타크라이로일)에 대한 새로운 다층 변형 전략을 개발했습니다. 다층 바이오잉크에서 여러 개의 액체 인터페이스를 조작하여 얼굴 간 유지를 제공하였다. 따라서 다층 시스템에서 인접한 층을 가로지르는 세포 침전 작용은 바이오크 저장소에서 지연되었다. 안면 유지가 세포의 퇴적물 당김보다 훨씬 높았으며, 세포 침전을 방지하고 다층 바이오잉크에서 세포의 보다 균일한 분산을 촉진하는 데 있어 면면 간 보존의 중요한 역할을 입증한 것으로 나타났습니다.
Introduction
3차원(3D) 바이오프린팅은 생물제조 및 재생의학1,,2,,3에서토착 조직의 복잡한 건축 및 기능적 복제본을 제조하는 유망한 방법이었다. 잉크젯, 압출 및 스테레오그래피 인쇄를 포함한 바이오 프린팅의 일반적인 전략에는 서로 다른 관점에서 장단점이있습니다 4. 이러한 기술 중, 압출 절차는 비용 효율성으로 인해 가장 일반적으로 사용됩니다. 바이오잉크는 압출 바이오프린팅의 공정 안정성에 중요한 역할을 합니다. 이상적인 세포-감이 있는 바이오크는 생체 적합성뿐만 아니라 기계적 특성5에도적합해야 한다. 점도가 낮은 바이오잉크는 전형적으로 액체와 같은 상태로 제시됩니다. 이러한 바이오 잉크는 쉽고 빠르게 증착될 수 있으며 압출 시 높은 전단 응력으로 인한 세포막 손상을 피할 수 있습니다. 그러나, 장기간 인쇄 기간을 요구하는 복잡한 경우에는 점도가 낮은 경우가 종종 생체 잉크 저장소에서 캡슐화 된 세포의 피할 수없는 침전을 초래하며, 이는 일반적으로 중력에 의해 구동되며 바이오 잉크6,,7에서불균일 한 세포 분산으로 이어집니다. 따라서, 불균일한 세포 분산성을 가진 바이오크는 기능성 조직 구조의 체외 생체 인쇄를 방해한다.
바이오 잉크에 초점을 맞춘 몇 가지 최근 연구는 캡슐화 된 세포의 균질 분산성의 홍보를보고했다. 이중 단계 교차 연결을 기반으로 한 변형 된 알기네이트 바이오잉크는 압출 바이오 프린팅8에사용되었다. 알기네이트 폴리머는 이 연구에서 펩티드와 단백질로 변형되었다. 세포는 펩티드와 단백질에 의해 제공되는 부착 부위로 인해 일반적으로 사용되는 알기네이트보다 이 수정된 알기네이트에서 보다 균일한 분포를 제시했다. 대안적으로, 혼합된 바이오잉크는 바이오잉크내세포의 퇴적물을 해결하기 위해 활용되고 있다. 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 및 젤라틴 또는 젤라틴 메타크라릴(GelMA)을 함유한 블렌드 바이오잉크가 기계적 견고성을 향상시키는 또 다른 연구9에서사용되었다. 캡슐화된 세포는 혼합된 바이오잉크의 점도가 향상되었기 때문에 주로 균일분포를 제시했다. 일반적으로 생체 잉크의 점도, 세포의 중력, 세포의 밀도 및 작업 기간의 지속 기간과 같은 생체 잉크내캡슐화된 세포의 분산성에 영향을 미치는 몇 가지 요인이 있다. 이러한 요인 중, 세포의 중력퇴적 완화를 촉진에 중요 한 역할을. 점성 바이오잉크가 제공하는 부력과 마찰은 현재까지 중력에 대한 주요 세력으로 조사되었다10.
본 명세서에서는 바이오잉크 저장소에서 여러 액체 인터페이스를 조작하여 생체 잉크내캡슐화된 세포의 균일한 분산성을 촉진하는 새로운 전략을 개발했습니다. 바이오잉크의 다층 변형에 의해 생성된 이러한 액체 인터페이스는 세포의 침전을 지연시키는 얼굴 간 보존을 제공할 뿐만 아니라 생체 잉크의 적절한 생체 적합성 및 유변학적 거동을 유지할 수 있습니다. 실제로, 우리는 실크 섬유신 (SF)으로 수성 GelMA 용액 (5%, w /v)을 다층 방식으로 수정하여 4 개의 인터페이스를 세로로 생성하여 혼합 된 바이오 잉크의 얼굴 간 장력을 제공합니다. 그 결과, 세포상에 적재된 중력적 적재는 인공면형 장력에 의해 상쇄되었고, 바이오잉크내의 캡슐화된 세포의 거의 균일한 분산은 인접한 세포층을 가로지르는 적은 퇴적물으로 인해 얻어졌다. 액체 바이오 잉크의 면면 보존을 조작하여 캡슐화된 세포의 침전을 늦추는 유사한 프로토콜은 현재까지 보고되지 않았다. 우리는 생물 인쇄에서 세포 퇴적물을 해결하는 새로운 방법을 보여주기 위해 여기에 우리의 프로토콜을 제시합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
다계층 시스템의 안정성은 이 프로토콜을 성공적으로 수행하는 핵심 포인트입니다. 우리는 이론적으로 나우만의 연구13에기초하여 GelMA 용액에서 SF 분자의 확산을 계산했다. 용액에 있는 단백질의 확산이 그들의 분자량과 관련되었다는 것을 것을을 발견되었습니다. 소 세럼 알부민(BSA)의 평균 분자량(MW)은 66.5kDa이며 확산 계수는 64-722μm 2/s이다. 피브리노겐의 평균 MW는 3…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 중국 국립 자연과학 재단(81771971, 81970442, 81703470 및 81570422), 중국 국가 핵심 R&D 프로그램(2018YFC1005002), 상하이 시립기술위원회(17JC14002), 상하이시립과학위원회(17JC14000) 및 상하이시립과학위원회(17JC14002)의 보조금을 인정한다. 2017SHZDZX01) 및 상하이 시교육위원회(혁신 프로그램 2017-01-07-07-07-E00027).
Materials
| 2-Hydroxy-4′-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone (PI2959) | TCI | M64BK-QD | |
| 4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid (HEPES) | Gibco | 15630080 | |
| Dulbecco’s modified Eagle’s medium (DMEM) | Gibco | 10569044 | |
| fetal bovine serum (FBS) | Gibco | 10091 | |
| Gelatin | Sigma-Aldrich | V900863MSDS | |
| Methacrylic anhydride (MA) | Sigma-Aldrich | 276685MSDS | |
| Penicillin–streptomycin antibiotics | Gibco | 15140163 | |
| Phosphate-buffered saline (PBS) | Gibco | 10010049 | |
| Silk fibroin | Advanced BioMatrix | 5154 |
References
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