Üç boyutlu Mürekkep Püskürtmeli Baskı Teknolojisi Kullanımı İnsan Kıkırdak Doku Fabrikasyon
Summary
Bu yazıda anlatılan yöntemleri eşzamanlı UV polimerizasyon ile bir bioprinter içine ticari bir mürekkep püskürtmeli yazıcı dönüştürmek için nasıl gösterir. Yazıcı hücreleri ve biyomalzeme 3D doku yapısı oluşturmak yeteneğine sahiptir. Burada gösterilen çalışma 3D neocartilage inşa.
Abstract
Termal mürekkep püskürtmeli baskı dayanmaktadır Bioprinting, doku mühendisliği ve rejeneratif tıp alanında en cazip kılan teknolojileri biridir. Dijital kontrol hücreleri, iskeleler, ve büyüme faktörleri hassas üç boyutlu (3D) konumları hızla istenen iki boyutlu (2D) yatırılması edilebilir ile. Bu nedenle, bu teknolojinin kendi ana anatomik yapılarını taklit dokuları imal için ideal bir yaklaşımdır. Yerli bölgeli organizasyon, hücre dışı matris (ECM), ve mekanik özelliklere sahip kıkırdak mühendisi için, biz 3D kıkırdak doku mühendisliği için yetenekli eşzamanlı fotopolimerizasyon ile ticari bir mürekkep püskürtmeli yazıcı kullanarak bir bioprinting platform geliştirdi. Poli (etilen glikol) diakrilat (Pegda) içinde süspansiyon haline getirilmiş insan kondrosit katman-katman düzeneği ile 3D neocartilage yapımı için basıldı. Basılı hücreler Gem tarafından desteklenen, kendi orijinal tevdi pozisyonlarında tespit edildieşzamanlı fotopolimerizasyon iskelesi unding. Basılı doku mekanik özellikleri, doğal kıkırdak benzerdi. Daha fazla UV ışınlarına maruz kalma, doku gerektiren geleneksel imalat, ile karşılaştırıldığında, aynı anda fotopolimerizasyonu ile basılı hücrelerin canlılığı anlamlı ölçüde yüksekti. Baskılı neocartilage çok glikozaminoglikan (GAG) ve gen ekspresyonu ile tutarlıdır kollajen tip II üretimi göstermiştir. Bu nedenle, bu platform anatomik doku mühendisliği için doğru hücre dağılımı ve düzenlenmesi için idealdir.
Introduction
Termal mürekkep püskürtmeli baskı dayalı Bioprinting doku mühendisliği ve rejeneratif tıp alanında en umut verici sağlayan teknolojilerden biridir. Dijital kontrol ve yüksek verimli baskı kafaları, hücreleri, iskeleler, ve büyüme faktörleri tam olarak üç boyutlu (3D) pozisyonları hızla istenen iki boyutlu (2D) yatırılması ve edilebilir. Birçok başarılı uygulamaları doku mühendisliği ve rejeneratif tıp 1-9, bu teknoloji kullanılarak elde edilmiştir. Bu yazıda, bir bioprinting platformu değiştirilmiş bir Hewlett-Packard (HP) Deskjet 500 termal mürekkep püskürtmeli yazıcı ve eşzamanlı fotopolimerizasyon sistemi ile kurulmuştur. Poli (etilen glikol) (PEG) ile formüle sentetik hidrojeller kondrosit canlılığını muhafaza ve kondrojenik ECM üretimini teşvik 10,11 kapasitesini göstermiştir. Buna ek olarak, aynı anda photocrosslinkable PEG Polimer için idealdir düşük viskoziteli, su içinde yüksek ölçüde çözünen3D bioprinting sırasında haklara ait. Bu yazıda, poli (etilen) glikol diakrilat (Pegda; MW 3400) içinde süspanse insan kıkırdaklan tam 3D çözünürlükte 1.400 dpi ile neocartilage katman-katman oluşturmak için basıldı. 3 boyutlu iskele yatırılır hücrelerinin homojen dağılımı çok iyi mekanik özellikleri ve gelişmiş ECM üretimi ile kıkırdak dokuyu meydana getirdiği gözlenmiştir. Buna karşılık, manuel imalatı nedeniyle kültür 2,3 ardından homojen olmayan bir kıkırdak oluşumuna yol açan yavaş iskele polimerizasyonu için yerine kendi ilk tevdi pozisyonların jel altındaki biriken hücreler.
Protocol
Representative Results
Discussion
Eş zamanlı fotopolimerizasyon kapasiteli Bu 3D bioprinting sistemi, hücresel aljinat hidrojel 16 kalıptan şırınga kullanılarak osteokondral defektlerin in situ baskı en iyi ve en önce bildirilen yönteme göre önemli ölçüde daha büyük bir baskı çözünürlüğü sağlar. Yüksek baskı çözünürlüğü anatomik kıkırdak bölgeli organizasyonu geri kıkırdak doku mühendisliği için özellikle önemlidir. Tabaka-by-katman montaj sırasında simültane fotopolimerizasyon 3D yap?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar New York Capital Region Araştırma İttifak Grant desteğini kabul etmek istiyorum.
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 |
References
- 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).
