Tridimensional Tecnología Biomimética: Novel biorubber Crea Definido micro y macro escala Arquitecturas de colágeno hidrogeles
Summary
An innovative biofabrication technique was developed to engineer three-dimensional constructs that resemble the architectural features, components, and mechanical properties of in vivo tissue. This technique features a newly developed sacrificial material, BSA rubber, which transfers detailed spatial features, reproducing the in vivo architectures of a wide variety of tissues.
Abstract
andamiaje de tejido juegan un papel crucial en el proceso de regeneración de los tejidos. El andamio ideal debe cumplir varios requisitos, tales como que tiene la composición adecuada, el módulo de objetivo, y las características arquitectónicas bien definidas. Biomateriales que recapitular la arquitectura intrínseca de tejido in vivo son de vital importancia para el estudio de enfermedades, así como para facilitar la regeneración de tejido blando y perdido con formato incorrecto. Una nueva técnica fue desarrollada Biofabrication que combina la proyección de imagen del arte, la impresión en tres dimensiones (3D), y la actividad enzimática selectiva para crear una nueva generación de biomateriales para la investigación y aplicación clínica. El material desarrollado, albúmina de suero bovino de caucho, es la reacción se inyecta en un molde que mantiene características geométricas específicas. Este material de sacrificio permite la transferencia adecuada de las características arquitectónicas de un material de soporte natural. El prototipo consiste en una estructura de colágeno 3D con 4 y 3 mm canales que represent una arquitectura ramificada. En este trabajo se hace hincapié en el uso de esta técnica Biofabrication para la generación de construcciones naturales. Este protocolo utiliza un software asistido por ordenador (CAD) para la fabricación de un molde sólido que va a ser la reacción inyectado con goma BSA seguido de la digestión enzimática de la goma, dejando sus características arquitectónicas dentro del material de soporte.
Introduction
En el campo de la ingeniería de tejidos la capacidad de fabricar andamios de tejido es vital. Un andamio de tejido adecuado tiene una estructura 3D, se compone de materiales biocompatibles, e imita la arquitectura del tejido vivo en para facilitar el crecimiento de células y tejidos y remodelación. Este andamio debe permitir el transporte de nutrientes y la eliminación de desechos 1-4. Uno de los principales obstáculos en la producción de estos andamios es la capacidad de recapitular características geométricas específicas en un material biocompatible. Varias técnicas Biofabrication han sido reportados para el control de las características geométricas de estos andamios, ejemplos se electrospinning 5-8, disolvente a presión 9, 10 estereolitografía, y 3D-impresión 11, entre otros. Estas técnicas están a la altura para proporcionar una transferencia relativamente fácil de elementos arquitectónicos internos y externos controlables, son caros, están limitados por su resolución y capacidad de impresión ( <em> Por ejemplo, indicador de la boquilla, la restricción de materiales), o requieren técnicas de fabricación posterior a lo que exige un largo período de tiempo para producir andamios viables 12.
En muchos sistemas de fabricación comercial, la creación de vacíos internos, canales y funciones se consigue utilizando arena u otros materiales extraíbles o de sacrificio adecuados. La parte de metal o de plástico se forma alrededor del molde de arena, y una vez que se solidifica, se retira la arena. De la misma manera, la nueva generación de biomateriales necesita la bioarena equivalente. Por lo tanto, el caucho de BSA fue desarrollado como un sustituto de bioarena. El caucho de BSA es un material de nueva formulación que consiste en albúmina de suero bovino reticulado con glutaraldehído. El objetivo final es volver a crear las características arquitectónicas específicas en una estructura de colágeno biodegradable. Se describen las características de la biorubber sacrificial que mantiene la fidelidad dimensional con el molde de tejido original.
<p clculo = "jove_content"> Varias combinaciones de concentraciones de BSA y el glutaraldehído se ensayaron usando una variedad de disolventes. Este material fue creado por la reacción entre BSA y glutaraldehído. BSA caucho puede ser de reacción se inyecta en las intrincadas geometrías de los moldes de tejido. Reticulado BSA se tripsina lábil y fácilmente digerido por la enzima en condiciones de pH y temperatura suaves. Por el contrario, el tipo intacto I colágeno es muy resistente a la digestión con tripsina. Estas características se han capitalizado para eliminar selectivamente el caucho BSA dejando el colágeno atrás. El presente trabajo consistió en determinar los parámetros ideales necesarios para obtener un molde lábil que puede ofrecer características arquitectónicas específicas para un andamio biocompatible. Las características específicas que se evaluaron incluyen capacidad de mezcla, digestión con enzimas, de soporte de carga, y la capacidad de ser de reacción se inyecta en un molde negativo. La combinación de 30% de BSA y 3% de glutaraldehído cumple estos requisitos. Este protocolo proporciona la necessdirectrices ary para crear estos andamios tridimensionales. El prototipo consiste en un andamio de colágeno que representa una arquitectura ramificado con un solo flujo de entrada y flujo de salida de dos canales con diámetros de 4 y 3 mm, respectivamente. Esta técnica tiene el potencial para imitar macro y micro-ambientes del tejido de interés. Esta tecnología proporciona una técnica viable para entregar un instructivo geométrico específico de un material biodegradable en un asunto relativamente fácil y oportuno con alta fidelidad, que puede ser sintonizado para imitar la elasticidad de los tejidos in vivo y otras características del tejido de interés.Protocol
Representative Results
Discussion
Biofabrication es un campo altamente multidisciplinar en el que los principios de la biología y la ingeniería se fusionan para generar materiales complejos que imitan el tejido nativo. Con el fin de conseguir esto, hay una necesidad de desarrollar técnicas que utilizan la información reunida a partir de tejido in vivo y traducirlo en un andamio in vitro. De esta manera, una plataforma puede diseñarse que se parece mucho a las propiedades arquitectónicas, funcionales y mecánicas del tejido in…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by NIH-NIDCR IRO1DE019355 (MJ Yost, PI), and NSF-EPSCoR (EPS-0903795).
Materials
| Collagen type I | Collagen extracted from calf hide | ||
| Hydrocloric Acid (HCl) | Sigma-Aldrich | 7647-01-0 | |
| Phosphate Buffer Solution (PBS Tablets) | MP Biomedical | U5378 | 1 tablet per 100 mL makes 1XPBS |
| Albumium from bovine serum (BSA) | Sigma-Aldrich | A9647 | |
| Glutaraldehyde | Sigma -Aldrich | G5882 | Toxic |
| Lard | Fields | 3090 | |
| Stainless Steel Molds | Milled using Microlution Machine | ||
| Air Brush Kit | Central Pneumatic | 47791 | |
| Mixing Tip for double syringe | Medmix | ML2.5-16-LLM | Mixer, DN2,5X16, 4:1 brown, med |
| Small O ring for double syringe | Medmix | PPB-X05-04-02SM | Piston B, 5mL, 4:1, PE natural |
| Double Syringe cap | Medmix | VLX002-SM | Cap, 4:1/10:1, PE brown, med |
| Big O ring for double syringe | Medmix | PPA-X05-04-02SM | Piston A, 5 mL, 4:1 |
| Double Syringe | Medmix | SDL X05-04-50M | Double syringe, 5 mL, 4:1 |
| Double Syringe Dispenser | Medmix | DL05-0400M | Dispenser, 5 mL, 4:1, med , plain |
| Laminim | 3.6 mg/mL- extracted USC lab | ||
| 20 mL Syringe Luer Lock Tip | BD | 302830 | |
| Luer Lock Caps | Fisher | JGTCBLLX | |
| HEPES | Sigma -Aldrich | H4034 | |
| Gibco Minimum Essential Media 10X (MEM) | Life Technologies | 1143-030 | |
| Trypsin | Life Technologies | 27250-018 | |
| UV Crosslinker | Spectroline UV | XLE1000 | |
| Sodium Cloride (NaCl) | Fisher | S271-10 | To prepare Mosconas |
| Potassium chloride (KCl) | Sigma -Aldrich | P5405-250 | To prepare Mosconas |
| Sodium Bicarbonate (NaHCO3) | Fisher | BP328-500 | To prepare Mosconas |
| Glucose | Sigma -Aldrich | G-8270 | To prepare Mosconas |
| Sodium Phosphate didasic (NaH2PO4) | Sigma-Aldrich | S-7907 | To prepare Mosconas |
| Sterile Filter for syringes | Corning | 431224 |
Referências
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