Nouveau procédé d’impression 3D Decellularise Matrices
Summary
Ce protocole décrit la production du filament polycaprolactone (PCL) avec des microsphères de (PLA) d’acide polylactique embarqués qui contiennent decellularise matrices (DM) pour l’impression 3D de tissus structuraux des constructions de génie.
Abstract
Bioprinting 3D vise à créer des échafaudages personnalisés qui sont biologiquement actives et adaptées à la taille désirée et la géométrie. Une dorsale thermoplastique peut fournir une stabilité mécanique semblable au tissu natif tandis que les agents biologiques offrent compositions repères à des cellules progénitrices, menant à leur migration, la prolifération et la différenciation pour reconstituer les tissus originales / organes de1,2. Malheureusement, nombreux compatible d’impression 3D, polymères biorésorbables (tels que l’acide polylactique PLA) sont imprimées à une température de 210 ° C ou supérieur – températures qui nuisent aux produits biologiques. En revanche, polycaprolactone (PCL), un autre type de polyester, est un biorésorbable, 3D matériel imprimable qui a une température plus douce impression de 65 ° C. Par conséquent, il a émis l’hypothèse que matrice extracellulaire decellularise (DM) contenue dans une barrière thermique protectrice de PLA a pu être imprimé dans les filaments PCL et rester dans sa conformation fonctionnelle. Dans cet ouvrage, cartilagineuses réparation était l’application pour laquelle l’hypothèse a été vérifiée. Par conséquent, cartilages porcins a été decellularise et encapsulé dans des microsphères de (PLA) acides polylactique, qui étaient ensuite extrudés avec polycaprolactone (PCL) en filament pour produire des constructions 3D via fusionnés avec modélisation dépôts. Les constructions avec ou sans les microsphères (PLA-DM/PCL et PCL(-), respectivement) ont été évalués pour les différences dans les caractéristiques de la surface.
Introduction
Cours techniques d’ingénierie tissulaire pour applications cliniques telles que des os, du cartilage, tendons et ligament reconstruction utilisent auto – et allogreffes à réparer le tissu endommagé. Chacune de ces techniques est effectuée systématiquement comme un « gold standard » dans la pratique clinique par récolte tout d’abord le tissu du donneur par le patient ou un match cadavérique et puis en plaçant le tissu du donneur dans le défaut site2. Toutefois, ces stratégies sont limitées par la morbidité site donneur, rareté de site donneur pour les gros défauts, risque d’infection et la difficulté à trouver des greffes qui correspondent à la géométrie souhaitée. En outre, des études ont montré qu’allogreffes utilisés pour la reconstruction ont réduit les propriétés mécaniques et biologiques par rapport aux tissus natifs3. Avec ces considérations à l’esprit, ingénieurs de tissus ont récemment tourné à trois dimensions bioprinting (3D) pour produire des géométries personnalisées et complexes qui sont biologiquement actives et conçu pour défaut de taille et la forme tout en offrant suffisamment propriétés mécaniques jusqu’à ce que le remodelage biologique est complet.
Idéalement, un échafaudage imprimés 3D consisterait en une épine dorsale polymère qui peut retenir la nécessaire stabilité mécanique du tissu native, tandis que le produits biologiques constitué offrent des indices biochimiques qui entoure les cellules, menant à leur migration, prolifération, différenciation et tissus production2,5. Malheureusement, la plupart des constructions qui contiennent des composants biologiques sont faites avec des gels ou des polymères qui sont trop faibles pour résister aux forces d’en vivo vécues par les tissus ciblés pour la reconstruction automatique/allogreffe. Autres polymères tels que l’acide polylactique (PLA) sont biorésorbable, 3D imprimable et structure solide, mais sont imprimés à des températures égales ou supérieures à 210 ° C – il est impossible pour les produits biologiques être co imprimé pendant la fabrication. Polycaprolactone (PCL) est un autre polymère biorésorbable FDA affranchis, qui peut être imprimé à une température plus basse (65 ° C), qui est devenu de plus en plus populaire dans la fabrication d’implants spécifiques à un patient avec des morphologies complexes5,6 en 3D ,7,8,9. Cependant, la plupart des bioprinters à l’aide de la technologie pneumatique rendent impossible d’impression PCL à des températures inférieures, où les activités biologiques peuvent rester sain et saufs. A ce jour, l’intégration de ces polymères avec auto/allogreffes dans un nouveau biomatériau imprimable doit encore être accompli. En l’absence d’un tel matériau, une approche de vrai tissu conçu pour la reconstruction des tissus est peu probable. Par conséquent, nous avons cherché à combiner PLA, PCL et decellularise matrices allogreffe (DM) d’utiliser les avantages de chaque matière pour fabriquer une construction viable capable de reconstruire les tissus complexes. Ce processus permettrait à la résistance mécanique initiale nécessaire pour résister aux forces de in vivo et la stabilité thermique pour accueillir la fabrication additive à une construction qui induit la formation du tissu désiré.
Dans une récente tentative d’aborder les obstacles susmentionnés, nous avons montré qu’il est possible d’encapsuler la matrice extracellulaire du cartilage decellularise dans un écran PLA thermiquement protecteur qui peut être expulsé dans les filaments de PCL, conservant la capacité de DM pour influencer les cellules environnantes du hôte2. Cela a inspiré nous cherchions des approches efficaces sur le plan clinique pour la reconstruction des tissus. Dans la présente étude, nous utilisons la technologie de la plate-forme pour construire les échafaudages tout-en-un qui incluent PLA, DM et PCL (PLA-DM/PCL).
Notre objectif est d’améliorer l’efficacité et l’utilité des allogreffes utilisant la technique de la biofabrication roman proposé de récapituler avec plus de précision le tissu natif, pour finalement utiliser dans diverses applications.
Protocol
Representative Results
Discussion
Decellularise les deux matrices et 3D impression PCL échafaudages indépendamment auraient dû être divulgués afin de permettre l’adhésion et la prolifération des cellules, valider leur utilisation pour cartilagineuses réparer10,11,12. L’utilisation de la matrice decellularise de génie d’approches à la réparation des tissus a été un sujet de grand intérêt et le succès dans le passé récent,…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce projet a été financé en partie par une subvention de la société orthopédique pédiatrique de l’Amérique du Nord (POSNA) et le National Institutes of Health accorde NIBIB R21EB025378-01 (subvention de recherche exploratoire bioingénierie).
Materials
| Sieve machine | Haver & Boecker Tyler | Ro-Tap RX 29-E Pure | |
| Sieve 90 um | Fisherbrand | 170328156 | No. 170 |
| Sieve 53 um | Fisherbrand | 162513588 | No. 270 |
| Sieve 106 um | Fisherbrand | 162018121 | No. 140 |
| Sputter coater | Leica | n/a | |
| Scanning Electron Microscope | Hitachi, USA | n/a | |
| Filabot EX2 | Filabot.com | FB00061 | |
| Filabot Spooler | Filabot.com | FB00073 | |
| CAPA 6506 | Perstorp | 24980-41-4 | |
| Phosphate buffered saline, PBS | Gibco | 10010023 | |
| 6" Fan | Comfort Zone, Amazon | n/a | |
| Ultrasonic Water Bath | Cole Parmer | SK-08895-13 | |
| Dreamer | FlashForge | n/a | |
| Drum Mixer | Custom made | n/a | Similar piece of equipment: https://www.coleparmer.com/i/argos-technologies-flexiroll-digital-tube-roller-shaker-120-vac/0439744?PubID=UX&persist=true&ip= no&gclid=CjwKCAjw- dXaBRAEEiwAbwCi5khGDMz0 dTjsraEsBGfhMEH7ytx LQWGUPNgUJYQ1p3vj_yxkYoI_ ixoC9GwQAvD_BwE |
| Micro Balance | Mettler Toledo, Fisher Scientific | 01-913-851 | |
| Simplify3D | Simplify3D | n/a | |
| SolidWorks | SolidWorks | n/a | |
| Microspheres | Produced in-house, see concurrently submitted JoVE submission | ||
| p-nitrophenyl phosphate, disodium salt, hexahydrate | Millipore | 4876-5GM | |
| Phosphatase, alkaline | Roche Diagnostics GmbH | 10 713 023 001 | |
| Absorbance Reader | Tecan | Sunrise | |
| Tris-HCl Buffer | Sigma-Aldrich | T6455-100ML | |
| Heated shaker | New Brunswick Scientific | Excella E24 |
Referências
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