Человека хрящевой ткани Изготовление с использованием трехмерных струйных технологии печати
Summary
Методы, описанные в этой статье показано, как преобразовать коммерческую струйный принтер в bioprinter с одновременным УФ полимеризации. Принтер способен построения 3D структуру ткани с клетками и биоматериалов. Исследование показало, здесь построили 3D neocartilage.
Abstract
Bioprinting, который основан на тепловой струйной печати, является одним из самых привлекательных перспективных технологий в области тканевой инженерии и регенеративной медицины. С цифровым управлением клетки, леса, и факторы роста могут быть точно зачислена на нужную двумерной (2D) и трехмерных (3D) места быстро. Таким образом, эта технология является идеальным подходом для изготовления тканей, имитирующие родные анатомические структуры. Для того, чтобы инженер хряща с родной зональной организации, внеклеточной состава матрицы (ECM), и механические свойства, мы разработали Bioprinting платформу с помощью коммерческого струйный принтер с одновременным фотополимеризации, способной для 3D хряща тканевой инженерии. Человека хондроциты взвешенные в поли (этиленгликоль) диакрилата (PEGDA) были напечатаны для 3D neocartilage строительства через слой за слоем сборки. Печатные клетки фиксировали в своих первоначальных осажденных позиций, при поддержке суррогатныхUnding эшафот в одновременном фотополимеризации. Механические свойства печатной ткани были похожи на родном хряща. По сравнению с обычным изготовления ткани, которая требует более длительного воздействия УФ, жизнеспособность клеток печатных с одновременным фотополимеризации была значительно выше. Отпечатано neocartilage продемонстрировал отличную гликозаминогликан (GAG) и коллаген типа II производства, что согласуется с экспрессии генов. Таким образом, эта платформа идеально подходит для точного распределения клеток и расположения для анатомического тканевой инженерии.
Introduction
Bioprinting на основе термальной струйной печати является одним из наиболее перспективных перспективных технологий в области тканевой инженерии и регенеративной медицины. С цифровым управлением и высокой пропускной печатающих головок факторы клетки, строительные леса, и роста может быть точно зачислена на нужную двумерной (2D) и трехмерных (3D) позиции быстро. Многие успешные приложения были достигнуты с помощью этой технологии в тканевой инженерии и регенеративной медицины 1-9. В данной работе, Bioprinting платформа была создана с измененным Hewlett-Packard (HP) Deskjet 500 тепловой струйный принтер и системой синхронного фотополимеризации. Синтетические гидрогели, сформулированные из поли (этиленгликоль) (ПЭГ), показали способность поддерживать жизнеспособность хондроцитов и способствовать хондрогенный производство ECM 10,11. Кроме того, photocrosslinkable ПЭГ хорошо растворим в воде с низкой вязкостью, что делает его идеальным для одновременного polymerization в режиме 3D Bioprinting. В данной работе человека хондроциты взвешенные в поли (этилен) гликоля диакрилата (PEGDA; МВт 3400) были точно напечатаны построить neocartilage слой за слоем с 1400 точек на дюйм в 3D разрешении. Наблюдалось равномерное распределение депонированных клеток в 3D-строительных лесов, который генерируется хрящевую ткань с превосходными механическими свойствами и повышенной продукции ECM. В противоположность этому, в ручном производстве клетки, накопленные в нижней части геля вместо их первоначально осажденных позиций из-за медленной полимеризации лесов, что привело к образованию неоднородной хряща после культивирования 2,3.
Protocol
Representative Results
Discussion
Эта 3D-система Bioprinting с одновременным мощностью фотополимеризации обеспечивает значительно более высокое разрешение печати, чем лучший сообщалось ранее метода в месте печати костно-хрящевых дефектов с помощью шприца выдавливается сотовый альгинат гидрогель 16. Более высоко…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы хотели бы выразить признательность за поддержку со стороны Нью-Йорк столичный регион Исследование Альянс Гранта.
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).
