Cartilagem Human Tissue Fabricação Usando tridimensional Inkjet Tecnologia de Impressão
Summary
Os métodos descritos neste trabalho mostram como converter uma impressora jato de tinta comercial em um bioprinter com polimerização UV simultânea. A impressora é capaz de construir a estrutura do tecido 3D com células e biomateriais. O estudo demonstrou aqui construiu uma neocartilage 3D.
Abstract
Bioprinting, que está baseada na impressão a jato de tinta térmica, é um dos mais atraentes tecnologias facilitadoras no campo da engenharia de tecidos e medicina regenerativa. Com as células de controlo digitais, os suportes, e os factores de crescimento podem ser depositada precisamente a desejada bidimensional (2D) e os locais (3D) tridimensional rapidamente. Portanto, essa tecnologia é uma abordagem ideal para fabricar tecidos que imitam suas estruturas anatômicas nativas. Para o engenheiro da cartilagem com organização nativa zonal, composição da matriz extracelular (MEC), e as propriedades mecânicas, desenvolvemos uma plataforma bioprinting usando uma impressora jato de tinta comercial com fotopolimerização simultânea capaz de engenharia de tecidos de cartilagem 3D. Condrócitos humanos suspensas em poli (etileno glicol) Diacrilato (PEGDA) foram impressos para a construção neocartilage 3D via montagem camada por camada. As células foram fixadas impressos nas suas posições originais depositados, suportado pelo surroFINANCIAMENTO andaime em fotopolimerização simultânea. As propriedades mecânicas do tecido impresso foi semelhante à cartilagem nativa. Em comparação com a fabricação do tecido convencional, a qual requer a exposição de UV mais, a viabilidade das células impressos com fotopolimerização simultânea foi significativamente maior. Neocartilage impresso demonstraram excelente glicosaminoglicanos (GAG) e a produção de colagénio de tipo II, o que era consistente com a expressão do gene. Portanto, esta plataforma é ideal para distribuição célula precisa e arranjo para a engenharia de tecidos anatômico.
Introduction
Bioprinting baseada na impressão a jato de tinta térmica é uma das mais promissoras tecnologias de base no campo da engenharia de tecidos e medicina regenerativa. Com controle digital e alto rendimento cabeças fatores células, andaimes e crescimento podem ser precisamente depositado ao desejado bidimensional (2D) e posições (3D) tridimensionais rapidamente. Muitas aplicações de sucesso foram alcançados utilizando esta tecnologia em engenharia de tecidos e medicina regenerativa 1-9. Neste trabalho, uma plataforma bioprinting foi criada com a Hewlett-Packard (HP) Deskjet 500 impressora jato de tinta térmica modificado e um sistema de fotopolimerização simultânea. Hidrogéis sintéticas formuladas a partir de poli (etileno glicol) (PEG) revelaram a capacidade de manter a viabilidade dos condrócitos e promover a produção de ECM condrogénica 10,11. Além disso, a foto-reticulável PEG é altamente solúvel em água, de baixa viscosidade, o que o torna ideal para polímeros usados em simultâneozação durante bioprinting 3D. Neste trabalho, os condrócitos humanos suspensas em poli (etileno) diacrilato glicol (PEGDA; MW 3.400) foram precisamente impresso para construir neocartilage camada por camada, com 1.400 dpi de resolução em 3D. Observou-se distribuição homogênea de células depositadas em um andaime 3D, o que gerou tecido cartilaginoso, com excelentes propriedades mecânicas e produção ECM reforçada. Por contraste, na fabricação manual, as células acumuladas na parte inferior do gel, em vez das suas posições inicialmente depositadas, devido à lenta polimerização andaime, o que levou a formação de cartilagem não homogénea após cultura 2,3.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este sistema bioprinting 3D com capacidade fotopolimerização simultânea fornece uma resolução de impressão significativamente maior do que o melhor método anteriormente relatado de impressão em in situ de defeitos osteocondrais, utilizando uma seringa extrudido um hidrogel de alginato celular 16. Resolução de impressão mais elevada é particularmente crítica para a engenharia de tecidos de cartilagem para restaurar a cartilagem organização zonal anatómica. Fotopolimerização simultân…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Os autores gostariam de agradecer o apoio do New York Região Capital Alliance Research Grant.
Materials
| HP Deskjet 500 thermal inkjet printer | Hewlett-Packard | C2106a | Discontinued. Purchased refurbished from internet vendor. |
| HP black ink cartridge | Hewlett-Packard | 51626a | |
| Ultraviolet lamp | UVP | B-100AP | |
| UV light meter | General Tools | UV513AB | |
| Zeiss LSM 510 laser scanning microscope | Carl Zeiss | LSM 510 | |
| Dulbeccos Modified Eagles Medium (DMEM) | Mediatech | 10-013 | |
| Penicillin-streptomycin-glutamine (PSG) | Invitrogen | 10378-016 | |
| Accutase cell dissociation reagent | Invitrogen | A11105-01 | |
| Phosphate buffered saline (PBS) | Invitrogen | 10010-023 | |
| Live/Dead viability/cytotoxicity Kit | Invitrogen | L-3224 | |
| Poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) | Glycosan Biosystems | GS700 | |
| Irgacure 2959 | Ciba Specialty Chemicals | I-2959 | |
| Human articular chondrocytes | Lonza | CC-2550 |
Referências
- Cui, X., Boland, T. Human microvasculature fabrication using thermal inkjet printing technology. Biomaterials. 30, 6221-6227 (2009).
- Cui, X., Breitenkamp, K., Finn, M. G., Lotz, M., D’Lima, D. D. Direct human cartilage repair using three-dimensional bioprinting technology. Tissue Eng Part A. 18, 1304-1312 (2012).
- Cui, X., Breitenkamp, K., Lotz, M., D’Lima, D. Synergistic action of fibroblast growth factor-2 and transforming growth factor-beta1 enhances bioprinted human neocartilage formation. Biotechnol. Bioeng. 109, 2357-2368 (2012).
- Cui, X., Breitenkamp, K., Finn, M. G., Lotz, M., Colwell, C. W. Direct human cartilage repair using thermal inkjet printing technology. Osteoarthritis and Cartilage. 19, (2011).
- Cui, X., Boland, T. Simultaneous deposition of human microvascular endothelial cells and biomaterials for human microvasculature fabrication using inkjet printing. NIP24/digital Fabrication 2008: 24th International Conference on Digital Printing Technologies, Technical Program and Proceedings. 24, 480-483 (2008).
- Cui, X., Dean, D., Ruggeri, Z. M., Boland, T. Cell damage evaluation of thermal inkjet printed Chinese hamster ovary cells. Biotechnol. Bioeng. 106, 963-969 (2010).
- Cui, X., Hasegawa, A., Lotz, M., D’Lima, D. Structured three-dimensional co-culture of mesenchymal stem cells with meniscus cells promotes meniscal phenotype without hypertrophy. Biotechnol. Bioeng. 109, 2369-2380 (2012).
- Cui, X., Gao, G., Qiu, Y. Accelerated myotube formation using bioprinting technology for biosensor applications. Biotechnol. Lett. 35, 315-321 (2013).
- 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).
- Bryant, S. J., Anseth, K. S. Hydrogel properties influence ECM production by chondrocytes photoencapsulated in poly(ethylene glycol) hydrogels. Journal of Biomedical Materials Research. 59, 63-72 (2002).
- Elisseeff, J., et al. Photoencapsulation of chondrocytes in poly(ethylene oxide)-based semi-interpenetrating networks. Journal of Biomedical Materials Research. 51, 164-171 (2000).
- Buskirk, W. A., et al. Development of A High-Resolution Thermal Inkjet Printhead. Hewlett-Packard Journal. 39, 55-61 (1988).
- Harmon, J. P., Widder, J. A. Integrating the Printhead Into the HP Deskjet Printer. Hewlett-Packard Journal. 39, 62-66 (1988).
- Kim, T. K., et al. Experimental model for cartilage tissue engineering to regenerate the zonal organization of articular cartilage. Osteoarthritis and Cartilage. 11, 653-664 (2003).
- Sharma, B., et al. Designing zonal organization into tissue-engineered cartilage. Tissue Engineering. 13, 405-414 (2007).
- Cohen, D. L., Lipton, J. I., Bonassar, L. J., Lipson, H. Additive manufacturing for in situ repair of osteochondral defects. Biofabrication. 2, (2010).
