사용자 지정 레이저 에칭 마스터스에서 조직 문화 금형 설계
Summary
여기 우리는 복잡 한 형상의 설계 조직 히드로-기반 생산에 사용할 수 있는 사용자 지정입니다 금형 날조를 위한 신속 하 고, 손쉬운, 고 저가 방법 제시. 우리는 또한이 기술을 사용 하 여 생산 조작된 심장 조직에서 실시 하는 기계 및 조직학 평가 결과 설명 합니다.
Abstract
조직 공학의 분야는 계속 함 성숙에, 다양 한 조직 형태를 포함 한 조직 매개 변수에에서 대 한 관심 증가 되었습니다. 센티미터 규모 마이크로미터에 조직 형태를 조작 수 있습니다 직접 셀 정렬, 효과적인 기계적 특성을 변경 고 주소 영양 보급에 관련 된 제한 사항. 또한, 조직 준비는 선박 수 기계적 제약 조건을 셀 및 매트릭스 구조에 더 영향을 미칠 수 있는 스트레스 필드 결과로 조직에가 르 친다. 높은 재현성 크기와 모양의 조직 또한 생체 외에서 분석 실험을 샘플 크기는 전체 조직 기계적 분석 등 중요 한 유틸리티가 있다.
이 원고 레이저 에칭 아크릴에서 준비 하는 부정적인 마스터 금형을 이용 하는 다른 제조 방법에 설명 합니다: 이러한 금형입니다 (PDMS)와 함께 잘 수행, 센티미터 규모와 기능에 크기와 디자인을 허용 25 µ m 보다 작은 크기와 수 있습니다 빠르게 설계 및 조작 하는 최소한의 전문성과 저렴 한 비용. 최소한의 시간 및 비용 요구 사항을 빠르게 최적의 디자인을 결정 때까지 따라 반복 될을 넘어 조직 공학의 분야 들을 포함 한 관심의 모든 분석 결과 맞게 쉽게 적용할 레이저 에칭 금형에 대 한 허용.
Introduction
지난 2 년간 소프트 리소 그래피 사용 되었습니다 제조 기법으로 광범위 하 게 마이크로, 재료 연구, 및 조직 공학1,2의 분야에서 특히 과학 연구를 지원 하기 위해 3. 네거티브 마스터 몰드에서 만든은 원하는 모양으로 개체가 복제 성형 편리 하 고 저렴 한 비용의 방법 생산 긍정적인 PDMS는 복제 캐스팅 hydrogels 모양에 사용할 수 있습니다 제공 합니다. 그러나, 필요한 부정적인 마스터 금형은 일반적으로 비싼, 시간이 걸리는, 크기, 제한 된 제작 기술을 사용 하 여 생산과 클린 룸 공간 및 정교한 장비를 필요. 잠재적인 대안을 제공 하는 3D 인쇄, 자사의 유틸리티 저렴 프린터 및 일반적인 3D 프린터 고분자 및 치료 하는 것을 억제할 수 있는 PDMS 사이의 화학 상호 작용의 해상도 제한으로 인해 다소 제한 됩니다.
레이저 절단기 시스템 모두 절단 하 고 플라스틱, 나무, 유리, 그리고 금속 등 재료를 에칭 최근 획기적으로 저렴 하 고 따라서 더 연구 도구를 날조를 위한 접근 되고있다. 상업 학년 레이저 절단기 센티미터 규모 최소 기능 25 µ m 보다 작은 개체를 날조 할 수 있다 고 추가 필요 최소한의 교육, 전문 지식, 그리고 사용 하는 시간. PDMS의 레이저 절제 이전 마이크로 소자의 제조에 사용 되었습니다, 하는 동안 우리의 지식 없이 원고 프로세스는 밀리미터와 센티미터 규모 금형 레이저 부정적인 마스터 금형4 컷에서 날조 될 수 있다 설명 했다 .
영양 보급, 셀룰러 맞춤 및 기계적 성질5,,67을 개량 하기 위하여 설계 조직 형태를 조작 하는 주로이 방법을 사용 했습니다. 그러나,이 기술은 성형된 hydrogels 약물 전달 및 재료 과학 연구8등 관심 있는 모든 분야에서 활용에 대 한 수 있습니다. 레이저 커터에 대 한 액세스, PDMS 몰드 복제는 (그 것이이 논문의 범위를 벗어납니다 다중 파트 형 없이 제거 억제) 돌출부 없이 거의 모든 형상에 대 한 만들 수 있습니다 그리고 그 레이저 침대의 크기에 맞는.
Protocol
Representative Results
Discussion
조직 문화와 호환 되는 사용자 지정 된 PDMS 몰드 형상 조정 셀 정렬, 확산 속도, 효과적인 강성 같은 중요 한 설계 조직 속성에 훌륭한 유틸리티가 있다. 또한, 이러한 금형은 티슈를 준비 하 고 있는 기하학은 기계적 테스트16,17같은 중요 한 분석 응용 프로그램에 대 한 매우 유용 합니다. 전통적인 소와 관련 된 비용과 시간에 비해 할 때 특히 이러한 도?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 NIH R00 HL115123 및 브라운 대학 공학에서 자금을 인정 합니다. 그들은 또한 교육에 대 한 크리스 황소와 브라운 디자인 워크샵에 게 감사는 고 레이저 커터와 지원.
Materials
| Item | |||
| Bovine fibrinogen | Sigma | F8630-5G | Constructs |
| Bovine thrombin | Sigma | T6634-250UN | Constructs |
| Bovine aprotinin | Sigma | 10820-25MG | Constructs |
| Rat tail collagen I, 4 mg/mL | Advanced Biomatrix | 5153-100MG | Constructs |
| Sodim chloride | Fisher | BP358-10 | Constructs |
| PBS | Life Technologies | 14190-250 | Constructs |
| Fine forceps | Fine Science Tools | 11252-20 | Constructs |
| Sylgard 184 silicone elastomer | Corning | 4019862 | PDMS Molds |
| Lab tape | Fisher | 15-901-5R | PDMS Molds |
| Acrylic, 1/4" thick | McMaster-Carr | 8560K356 | PDMS Molds |
| HEPES Buffer, 1 M | Sigma | H3537-100ML | Constructs |
| RPMI 1640 medium, powder | Fisher | 31800-089 | Constructs |
| Calcium chloride dihydrate | Fisher | AC423520250 | Constructs |
| Magnesium chloride hexahydrate | Fisher | M33 500 | Constructs |
| Potassium chloride | Sigma | P9541-500G | Constructs |
| Sodium phosphate dibasic heptahydrate | Sigma | S9390-500G | Constructs |
| Glucose | Sigma | G5767-25G | Constructs |
| OCT | VWR | 25608-930 | Histology |
| Frozen block molds | VWR | 25608-916 | Histology |
| Hematoxylin | Fisher | 3530 1 | Histology |
| Eosin Y | Fisher | AC152880250 | Histology |
| Fast green FCF | Fisher | AC410530250 | Histology |
| Software | |||
| Illustrator | Adobe Systems | Vector Graphics | |
| Inkscape | (Open Source) | Vector Graphics | |
| UCP (Universal Control Panel) | Universal Laser Systems | Laser Cutter Interface | |
| Equipment | |||
| PLS6.75 Laser Cutter | Universal Laser Systems | Laser Cutter | |
| Micromechanical Analyzer | Aurora Scientific | 1530A with 5 mN load cell | Mechanical Analysis |
Referências
- Qin, D., Xia, Y., Whitesides, G. M. Soft lithography for micro- and nanoscale patterning. Nat. Protoc. 5, 491 (2010).
- Rogers, J. A., Nuzzo, R. G. Recent progress in soft lithography. Mater. Today. 8, 50-56 (2005).
- Whitesides, G. M., Ostuni, E., Takayama, S., Jiang, X., Ingber, D. E. Soft Lithography in Biology and Biochemistry. Annu. Rev. Biomed. Eng. 3, 335-373 (2001).
- Isiksacan, Z., Guler, M. T., Aydogdu, B., Bilican, I., Elbuken, C. Rapid fabrication of microfluidic PDMS devices from reusable PDMS molds using laser ablation. J. Micromechanics Microengineering. 26, 035008 (2016).
- Lee, K. Y., Mooney, D. J. Hydrogels for Tissue Engineering. Chem. Rev. 101, 1869-1880 (2001).
- Kloxin, A., Kloxin, C., Bowman, C., Anseth, K. Mechanical properties of cellularly responsive hydrogels and their experimental determination. Adv. Mater. Deerfield Beach Fla. 22, 3484-3494 (2010).
- Aubin, H., et al. Directed 3D cell alignment and elongation in microengineered hydrogels. Biomaterials. 31, 6941-6951 (2010).
- Jaiswal, M. K., et al. Vacancy-Driven Gelation Using Defect-Rich Nanoassemblies of 2D Transition Metal Dichalcogenides and Polymeric Binder for Biomedical Applications. Adv. Mater. 29, (2017).
- Lian, X., et al. Directed cardiomyocyte differentiation from human pluripotent stem cells by modulating Wnt/β-catenin signaling under fully defined conditions. Nat. Protoc. 8, 162-175 (2013).
- Boxshall, K., et al. Simple surface treatments to modify protein adsorption and cell attachment properties within a poly(dimethylsiloxane) micro-bioreactor. Surf. Interface Anal. 38, 198-201 (2006).
- Pins, G. D., Christiansen, D. L., Patel, R., Silver, F. H. Self-assembly of collagen fibers. Influence of fibrillar alignment and decorin on mechanical properties. Biophys. J. 73, 2164-2172 (1997).
- Pipan, C. M., et al. Effects of antifibrinolytic agents on the life span of fibrin sealant. J. Surg. Res. 53, 402-407 (1992).
- Roberts, M. A., et al. Stromal Cells in Dense Collagen Promote Cardiomyocyte and Microvascular Patterning in Engineered Human Heart Tissue. Tissue Eng. Part A. 22, 633-644 (2016).
- Ye, K. Y., Sullivan, K. E., Black, L. D. Encapsulation of Cardiomyocytes in a Fibrin Hydrogel for Cardiac Tissue Engineering. JoVE. , (2011).
- Zimmermann, W. H., et al. Tissue Engineering of a Differentiated Cardiac Muscle Construct. Circ. Res. 90, 223-230 (2002).
- McCain, M. L., Agarwal, A., Nesmith, H. W., Nesmith, A. P., Parker, K. K. Micromolded Gelatin Hydrogels for Extended Culture of Engineered Cardiac Tissues. Biomaterials. 35, 5462-5471 (2014).
- Hu, J. J., Chen, G. W., Liu, Y. C., Hsu, S. S. Influence of Specimen Geometry on the Estimation of the Planar Biaxial Mechanical Properties of Cruciform Specimens. Exp. Mech. 54, 615-631 (2014).
- Munarin, F., Kaiser, N. J., Kim, T. Y., Choi, B. R., Coulombe, K. L. K. Laser-Etched Designs for Molding Hydrogel-Based Engineered Tissues. Tissue Eng. Part C Methods. 23, 311-321 (2017).
- Zhang, H., Chiao, M. Anti-fouling Coatings of Poly(dimethylsiloxane) Devices for Biological and Biomedical Applications. J. Med. Biol. Eng. 35, 143-155 (2015).
