यहां प्रस्तुत एक हल्के 3 डी प्रिंटिंग तकनीक है जो हाइड्रोजेल माइक्रोकैरियर के निर्माण को सक्षम करने के लिए बारी-बारी से चिपचिपा-जड़त्वीय बलों द्वारा संचालित है। घर का बना नोजल लचीलापन प्रदान करते हैं, जिससे विभिन्न सामग्रियों और व्यास के लिए आसान प्रतिस्थापन की अनुमति मिलती है। 50-500 μm के व्यास के साथ सेल बाइंडिंग माइक्रोकैरियर प्राप्त किए जा सकते हैं और आगे की खेती के लिए एकत्र किए जा सकते हैं।
माइक्रोकैरियर 60-250 μm के व्यास और एक बड़े विशिष्ट सतह क्षेत्र के साथ मोती होते हैं, जो आमतौर पर बड़े पैमाने पर सेल संस्कृतियों के लिए वाहक के रूप में उपयोग किए जाते हैं। माइक्रोकैरियर संस्कृति प्रौद्योगिकी साइटोलॉजिकल अनुसंधान में मुख्य तकनीकों में से एक बन गई है और आमतौर पर बड़े पैमाने पर सेल विस्तार के क्षेत्र में उपयोग की जाती है। माइक्रोकैरियर्स को इन विट्रो ऊतक इंजीनियरिंग निर्माण और नैदानिक दवा स्क्रीनिंग में तेजी से महत्वपूर्ण भूमिका निभाने के लिए भी दिखाया गया है। माइक्रोकैरियर तैयार करने के लिए वर्तमान तरीकों में माइक्रोफ्लुइडिक चिप्स और इंकजेट प्रिंटिंग शामिल हैं, जो अक्सर जटिल प्रवाह चैनल डिजाइन, एक असंगत दो-चरण इंटरफ़ेस और एक निश्चित नोजल आकार पर भरोसा करते हैं। इन तरीकों को जटिल नोजल प्रसंस्करण, असुविधाजनक नोजल परिवर्तन, और अत्यधिक बाहर निकालना बलों की चुनौतियों का सामना करना पड़ता है जब कई बायोइंक पर लागू किया जाता है। इस अध्ययन में, एक 3 डी प्रिंटिंग तकनीक, जिसे वैकल्पिक चिपचिपा-जड़त्वीय बल जेटिंग कहा जाता है, को 100-300 μm के व्यास के साथ हाइड्रोजेल माइक्रोकैरियर के निर्माण को सक्षम करने के लिए लागू किया गया था। कोशिकाओं को बाद में ऊतक इंजीनियरिंग मॉड्यूल बनाने के लिए माइक्रोकैरियर पर बीज दिया गया था। मौजूदा तरीकों की तुलना में, यह विधि एक मुफ्त नोजल टिप व्यास, लचीला नोजल स्विचिंग, प्रिंटिंग पैरामीटर का मुक्त नियंत्रण, और बायोएक्टिव सामग्री की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए हल्के मुद्रण की स्थिति प्रदान करती है।
माइक्रोकैरियर 60-250 μm के व्यास और एक बड़े विशिष्ट सतह क्षेत्र के साथ मोती होते हैं और आमतौर पर कोशिकाओं की बड़े पैमाने पर संस्कृति के लिए उपयोग किए जाते हैं1,2। उनकी बाहरी सतह कोशिकाओं के लिए प्रचुर मात्रा में विकास स्थल प्रदान करती है, और इंटीरियर स्थानिक प्रसार के लिए एक समर्थन संरचना प्रदान करता है। गोलाकार संरचना पीएच, ओ 2, और पोषक तत्वों और चयापचयों की एकाग्रता सहित मापदंडों की निगरानी और नियंत्रण में भी सुविधा प्रदान करती है। जब उत्तेजित टैंक बायोरिएक्टर के साथ संयोजन में उपयोग किया जाता है, तो माइक्रोकैरियर पारंपरिक संस्कृतियों की तुलना में अपेक्षाकृत कम मात्रा में उच्च सेल घनत्व प्राप्त कर सकते हैं, जिससे बड़े पैमाने पर संस्कृतियों को प्राप्त करने के लिए एक लागत प्रभावी तरीका प्रदान किया जा सकता है3। माइक्रोकैरियर संस्कृति प्रौद्योगिकी साइटोलॉजिकल अनुसंधान में मुख्य तकनीकों में से एक बन गई है, और स्टेम कोशिकाओं, हेपेटोसाइट्स, चोंड्रोसाइट्स, फाइब्रोब्लास्ट्स और अन्य संरचनाओं के बड़े पैमाने पर विस्तार के क्षेत्र में बहुत प्रगति हुई है। उन्हें आदर्श दवा वितरण वाहनों और बॉटम-अप इकाइयों के रूप में भी पाया गया है, इसलिए नैदानिक दवा स्क्रीनिंग और इन विट्रो ऊतक इंजीनियरिंग मरम्मत 5 में तेजी से महत्वपूर्ण भूमिका निभा रहे हैं।
विभिन्न परिदृश्यों में यांत्रिक संपत्ति आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, माइक्रोकैरियर्स 6,7,8,9,10,11 के निर्माण में उपयोग के लिए कई प्रकार की हाइड्रोजेल सामग्री विकसित की गई है। Alginate और hyaluronic एसिड (एचए) hydrogels उनके अच्छे biocompatibility और crosslinkability12,13 के कारण सबसे अधिक इस्तेमाल किया माइक्रोकैरियर सामग्री में से दो हैं। एल्गिनेट को कैल्शियम क्लोराइड द्वारा आसानी से क्रॉस-लिंक किया जा सकता है, और इसके यांत्रिक गुणों को क्रॉस-लिंकिंग समय को बदलकर संशोधित किया जा सकता है। Tyramine-संयुग्मित HA हाइड्रोजन पेरोक्साइड और हॉर्सरैडिश पेरोक्सीडेज 14 द्वारा उत्प्रेरित tyramine moieties के ऑक्सीडेटिव युग्मन द्वारा क्रॉस-लिंक किया गया है। कोलेजन, इसकी अद्वितीय सर्पिल संरचना और क्रॉस-लिंक्ड फाइबर नेटवर्क के कारण, अक्सर सेल अनुलग्नक 15,16 को बढ़ावा देने के लिए माइक्रोकैरियर में मिश्रण करने के लिए एक सहायक के रूप में उपयोग किया जाता है।
माइक्रोकैरियर तैयार करने के लिए वर्तमान तरीकों में माइक्रोफ्लुइडिक चिप्स, इंकजेट प्रिंटिंग और इलेक्ट्रोस्प्रे 17,18,19,20,21,22,23 शामिल हैं। माइक्रोफ्लुइडिक चिप्स को समान आकार के माइक्रोकैरियर24 के उत्पादन में तेज और कुशल साबित किया गया है। हालांकि, यह तकनीक एक जटिल प्रवाह चैनल डिजाइन और निर्माण प्रक्रिया 25 पर निर्भर करती है। इंकजेट प्रिंटिंग के दौरान उच्च तापमान या अत्यधिक एक्सट्रूज़न बलों, साथ ही इलेक्ट्रोस्प्रे दृष्टिकोण में तीव्र विद्युत क्षेत्र, सामग्री के गुणों को प्रतिकूल रूप से प्रभावित कर सकते हैं, विशेष रूप से इसकी जैविक गतिविधि 19। इसके अलावा, जब विभिन्न biomaterials और व्यास के लिए लागू किया जाता है, तो इन तरीकों में उपयोग किए जाने वाले अनुकूलित नलिकाओं के परिणामस्वरूप सीमित प्रसंस्करण जटिलता, उच्च लागत और कम लचीलापन होता है।
माइक्रोकैरियर तैयारी के लिए एक सुविधाजनक विधि प्रदान करने के लिए, हाइड्रोजेल माइक्रोकैरियर के निर्माण के लिए वैकल्पिक चिपचिपा-जड़त्वीय बल जेटिंग (एवीआईएफजे) नामक एक 3 डी प्रिंटिंग तकनीक लागू की गई है। तकनीक नोजल टिप की सतह के तनाव को दूर करने के लिए ऊर्ध्वाधर कंपन के दौरान उत्पन्न नीचे की ओर ड्राइविंग बलों और स्थैतिक दबाव का उपयोग करती है और इस प्रकार बूंदों का निर्माण करती है। गंभीर बलों और थर्मल स्थितियों के बजाय, छोटे तेजी से विस्थापन सीधे मुद्रण के दौरान नोजल पर कार्य करते हैं, जिससे बायोइंक के भौतिक-रासायनिक गुणों पर मामूली प्रभाव पड़ता है और बायोएक्टिव सामग्री के लिए महान आकर्षण प्रस्तुत होता है। AVIFJ विधि का उपयोग करते हुए, 100-300 μm के व्यास के साथ कई biomaterials के microcarriers सफलतापूर्वक गठन किया गया था। इसके अलावा, माइक्रोकैरियर्स को कोशिकाओं को अच्छी तरह से बांधने और पालन की गई कोशिकाओं के लिए एक उपयुक्त विकास वातावरण प्रदान करने के लिए साबित किया गया था।
यहां वर्णित प्रोटोकॉल हाइड्रोजेल माइक्रोकैरियर के बहु-प्रकार और बाद के सेल सीडिंग की तैयारी के लिए निर्देश प्रदान करता है। माइक्रोफ्लुइडिक चिप और इंकजेट प्रिंटिंग विधियों की तुलना में, माइक्रोकैरि…
The authors have nothing to disclose.
इस काम को बीजिंग प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन (3212007), सिंघुआ विश्वविद्यालय पहल वैज्ञानिक अनुसंधान कार्यक्रम (20197050024), सिंघुआ विश्वविद्यालय स्प्रिंग ब्रीज फंड (20201080760), चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन (51805294), चीन के राष्ट्रीय प्रमुख अनुसंधान और विकास कार्यक्रम (2018YFA0703004), और 111 परियोजना (B17026) द्वारा समर्थित किया गया था।
A549 cells | ATCC | CCL-185 | Human non-small cell lung cancer cell line |
Bright field microscope | Olympus | DP70 | |
Confocal microscope | Nikon | TI-FL | |
Fetal bovine serum, FBS | BI | 04-001-1ACS | |
Gelatin | SIGMA | G1890 | |
Glass micropipettes | sutter instrument | b150-110-10 | |
GlutaMAX | GIBCO | 35050-061 | |
H-DMEM | GIBCO | 11960-044 | Dulbecco's modified eagle medium |
Horseradish peroxidase powder | SIGMA | P6782 | |
Hydrophobic agent | 3M | PN7026 | Follow the manufacturer's instructions and use after dilution |
Micro-forge device | narishige | MF-900 | |
Non-essential amino acids, NEAA | GIBCO | 11140-050 | non-essential amino acids |
Penicillin G and streptomycin | GIBCO | 15140-122 | |
Petri dish | SIGMA | P5731-500EA | |
Puller | sutter instrument | P-1000 | |
Sodium alginate | SIGMA | A0682 | |
Trypsin | GIBCO | 25200-056 | |
Type I collagen solution from rat tail | SIGMA | C3867 |