מותאם אישית מהונדסים תרביות רקמה בתבניות של מאסטרים נחרטו לייזר
Summary
במסמך זה אנו מציגים שיטה מהירה, נתיישב ועלות נמוכה בדיית בתבניות polydimethylsiloxane מותאם אישית יכול לשמש לייצור המבוסס על הידרוג רקמות מהונדסים עם לסימולציה. בנוסף, אנו מתארים תוצאות הערכות מכני, היסטולוגית שנערכו על רקמות הלב מהונדסים המיוצר בעזרת טכניקה זו.
Abstract
כמו בתחום של הנדסת רקמות המשיכה להבשיל, היו עניין גדל במגוון רחב של פרמטרים רקמות, כולל רקמות צורה. מניפולציה רקמות צורה מיקרומטר לקנה המידה סנטימטר יכול לכוון יישור תא, לשנות תכונות מכניות יעיל, והכתובת מגבלות הקשורות דיפוזיה מזין בנוסף, הכלי שבו טישו מוכן להקנות אילוצים מכני על הרקמה, וכתוצאה מכך הלחץ ששדות נוספים יכולים להשפיע על מבנה התא והן מטריקס. בצורת רקמות עם ממדים מאוד לשחזור יש גם כלי עזר עבור במבחנה מבחני באיזו דגימה מידות הם קריטיים, כגון ניתוח מכני כל רקמות.
כתב יד זה מתאר שיטה חלופית פבריקציה נוספת ניצול שלילי בתבניות הבסיס שהוכנו אקריליק חרוט בלייזר: בתבניות אלה לבצע היטב עם polydimethylsiloxane (PDMS), היתר עיצובים עם ממדים על סולם סנטימטר, תכונה מידות קטנות יותר 25 מיקרומטר, ולא במהירות של מפוברק בעלות נמוכה ועם מומחיות מינימלי. זמן מינימלי ודרישות עלות מאפשרים חרוט בלייזר בתבניות כדי להיות במהירות iterated על עד עיצוב אופטימלי של נקבעת, ניתן להתאים בקלות בהתאם וזמינותו בכל עניין, כולל אלה מעבר בתחום של הנדסת רקמות.
Introduction
בשני העשורים האחרונים, הדפס אבן רכה שימש בהרחבה כמו טכניקה פבריקציה נוספת כדי לתמוך מחקר מדעי, במיוחד בתחומים של מיקרופלואידיקה חומרי מחקר, רקמות הנדסה1,2, 3. לכייר של עותק משוכפל, שבו נוצר אובייקט עם הצורה הרצויה תבנית בסיס שלילי, מציע במחיר נמוך ונוח שיטה לייצר חיובי ש-PDMS משכפל זה יכול לשמש הליהוק בצורת hydrogels. אולם, התבניות נדרש בסיס שלילית בדרך כלל מיוצרים בטכניקות מיקרו-מלאכותית כי הם יקרים, זמן רב, שגודל, מוגבל, נדרש שטח חדר נקי וכן ציוד מתוחכם. הדפסה תלת-ממדית מציעה חלופה פוטנציאלית, השירות שלה מוגבל במקצת בשל המגבלות ברזולוציה של מדפסות בעלות נמוכה, הגומלין הכימית בין פולימרים במדפסת תלת-ממד נפוצות PDMS זה יכול לעכב ריפוי.
מערכות לייזר חותך מסוגל גם חיתוך וגם תחריט חומרים כגון פלסטיק, עץ, זכוכית, מתכת הפכו לאחרונה באופן דרסטי פחות יקר, לכן לנגישה יותר עבור בדיית כלי מחקר. מסחרי כיתה לייזר מסוגלים בדיית אובייקטים בסולם סנטימטר עם מינימום שתכונות הקטנות מ מיקרומטר 25 ועוד יותר דורשים הכשרה מינימלית, המומחיות, הזמן להשתמש. בעוד לייזר אבלציה של PDMS בעבר שימש בייצור המכשירים מיקרופלואידיקה, לידע שלנו תיאר כתב היד לא תהליך על ידי איזה מ מ וסנטימטר בתבניות בקנה מידה יכול להיות מפוברק של לייזר לחתוך בתבניות בסיס שלילי4 .
השתמשנו בטכניקה זו בעיקר כדי לשנות את הצורה של רקמות מהונדסים על מנת לשפר את פיזור חומר מזין, יישור הסלולר ו תכונות מכניות5,6,7. עם זאת, הרב-גוניות של טכניקה זו מאפשרת הניצול בכל תחום היכן עי hydrogels של עניין, כמו סמים משלוח והחומרים המדע המחקר8. עם גישה בחותך לייזר, משכפל עובש PDMS יכול להתבצע עבור כמעט כל שינוי של גאומטריה ללא המסוכך (זה לעכב את הסרת ללא תבנית מרובה חלקים, אשר מעבר להיקף של כתב יד זה), זה מתאים לממדים של המיטה לייזר.
Protocol
Representative Results
Discussion
מותאם אישית גיאומטריות עובש PDMS התואמים לתרביות רקמה יש כלי נהדר ב כוונון מאפיינים חשובים רקמות מהונדסים, כגון יישור תא, קצב דיפוזיה יעילה נוקשות. בנוסף, הדגמים האלה הם מאוד שימושי עבור הכנת רקמות עבור יישומי ניתוח שבו הגיאומטריה חשוב, כגון מכונות בדיקה16,17. ה…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים להכיר מימון NIH R00 HL115123, בראון אוניברסיטת בית הספר להנדסה. הם אסירי תודה גם סדנת עיצוב בראון, כריס בול הדרכה ותמיכה עם לייזר חותך.
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).
