तीन आयामी Biomimetic प्रौद्योगिकी: उपन्यास Biorubber कोलेजन hydrogels में निर्धारित सूक्ष्म और स्थूल पैमाने आर्किटेक्चर बनाता है
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
ऊतक scaffolds ऊतक उत्थान की प्रक्रिया में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। आदर्श पाड़ ऐसे होने उचित संरचना, लक्षित मापांक, और अच्छी तरह से परिभाषित स्थापत्य सुविधाओं के रूप में कई आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए। Biomaterials कि इन विवो ऊतक के आंतरिक वास्तुकला पुनरावृत्ति बीमारियों के अध्ययन के साथ ही खो दिया है और विकृत नरम ऊतक के उत्थान की सुविधा के लिए के लिए महत्वपूर्ण हैं। एक उपन्यास biofabrication तकनीक विकसित की गई है जो अनुसंधान और नैदानिक आवेदन के लिए biomaterials की एक नई पीढ़ी तैयार करने के लिए कला इमेजिंग, तीन आयामी (3 डी) मुद्रण, और चयनात्मक enzymatic गतिविधि के राज्य को जोड़ती है। विकसित सामग्री, गोजातीय सीरम albumin रबर, एक साँचे में ढालना है कि विशिष्ट ज्यामितीय सुविधाओं में इंजेक्शन की पुष्टि की प्रतिक्रिया होती है। इस यज्ञ सामग्री एक प्राकृतिक पाड़ सामग्री के स्थापत्य सुविधाओं की पर्याप्त हस्तांतरण की अनुमति देता है। प्रोटोटाइप 4 और 3 मिमी चैनलों कि रेपर साथ एक 3 डी कोलेजन पाड़ के होते हैंएक branched वास्तुकला ESENT। इस पत्र प्राकृतिक निर्माणों की पीढ़ी के लिए इस biofabrication तकनीक के उपयोग पर जोर दिया। इस प्रोटोकॉल एक कंप्यूटर एडेड सॉफ्टवेयर (सीएडी) एक ठोस ढालना जो बीएसए रबर रबर के enzymatic पाचन के द्वारा पीछा के साथ इंजेक्शन प्रतिक्रिया होगी पाड़ सामग्री के भीतर इसकी स्थापत्य सुविधाओं के निर्माण के लिए छोड़ रहा है, का इस्तेमाल करता है।
Introduction
ऊतक इंजीनियरिंग के क्षेत्र में ऊतक scaffolds के निर्माण की क्षमता महत्वपूर्ण है। एक उपयुक्त ऊतक पाड़ एक 3 डी संरचना है, biocompatible सामग्री से बना है, और इन विवो ऊतक वास्तुकला में mimics सेल और ऊतक विकास और remodeling की सुविधा के लिए। इस पाड़ पोषक तत्वों के परिवहन और कचरे को हटाने की 1-4 की अनुमति मिलनी चाहिए। इन scaffolds के उत्पादन में मुख्य बाधाओं में से एक एक biocompatible सामग्री में विशिष्ट ज्यामितीय सुविधाओं पुनरावृत्ति करने की क्षमता है। कई biofabrication तकनीक इन scaffolds के ज्यामितीय सुविधाओं को नियंत्रित करने के लिए सूचित किया गया है, उदाहरण 5-8 electrospinning कर रहे हैं, विलायक के कास्टिंग 9, स्टीरियोलिथोग्राफी 10, और 3 डी मुद्रण 11, दूसरों के बीच में। इन तकनीकों में चलाया आंतरिक और बाह्य स्थापत्य सुविधाओं की एक अपेक्षाकृत आसान हस्तांतरण प्रदान करने में कम होना, महंगा है, उनके संकल्प और printability (द्वारा सीमित कर रहे हैं <em> जैसे, नोक गेज, सामग्री प्रतिबंध), या पोस्ट-निर्माण तकनीक है जो समय व्यवहार्य scaffolds 12 का उत्पादन करने की एक लंबी अवधि की मांग की आवश्यकता होती है।
कई वाणिज्यिक निर्माण प्रणालियों में, आंतरिक शून्यता, चैनल, और सुविधाओं के निर्माण के लिए रेत या अन्य उपयुक्त हटाने योग्य या बलि सामग्री का उपयोग कर हासिल की है। धातु या प्लास्टिक हिस्सा रेत मोल्ड के आसपास का गठन किया जाता है, और एक बार यह जम जाता है, रेत निकाल दिया जाता है। बहुत इसी तरह, biomaterials की अगली पीढ़ी biosand बराबर की जरूरत है। इसलिए, बीएसए रबर biosand के लिए एक विकल्प के रूप में विकसित किया गया था। बीएसए रबर एक नव तैयार की सामग्री है कि गोजातीय सीरम albumin glutaraldehyde साथ crosslinked के होते है। अंतिम लक्ष्य एक biodegradable कोलेजन पाड़ में विशिष्ट स्थापत्य सुविधाओं विश्राम करने के लिए है। बलि biorubber कि मूल ऊतक के आचारण के साथ आयामी निष्ठा का कहना है की विशेषताओं का वर्णन किया जाता है।
<p clगधा = "jove_content"> बीएसए और glutaraldehyde सांद्रता के कई संयोजनों सॉल्वैंट्स की एक किस्म का उपयोग कर परीक्षण किया गया। इस सामग्री को बीएसए और glutaraldehyde के बीच प्रतिक्रिया द्वारा बनाया गया था। बीएसए रबर ऊतक नए नए साँचे के जटिल geometries में इंजेक्शन प्रतिक्रिया हो सकती है। Crosslinked बीएसए अस्थिर और आसानी से हल्के पीएच और तापमान की स्थिति में एंजाइम से पचता trypsin है। इसके विपरीत, अक्षत प्रकार मैं कोलेजन बहुत trypsin पाचन के लिए प्रतिरोधी है। इन सुविधाओं के चुनिंदा बीएसए रबर कोलेजन पीछे छोड़ने को दूर करने के पूंजीकृत किया गया। वर्तमान कार्य एक अस्थिर ढालना है कि एक biocompatible पाड़ के लिए विशिष्ट स्थापत्य सुविधाओं वितरित कर सकते हैं प्राप्त करने के लिए जरूरी मानकों को निर्धारित करने के लिए आदर्श शामिल थे। विशिष्ट सुविधाओं है कि मूल्यांकन किया गया mixability, एंजाइम पाचन, भार वहन, और एक नकारात्मक मोल्ड में इंजेक्शन प्रतिक्रिया करने की क्षमता भी शामिल है। 30% बीएसए और 3% glutaraldehyde के संयोजन इन आवश्यकताओं को पूरा करता है। इस प्रोटोकॉल necess प्रदान करता हैआरे दिशा निर्देशों के इन तीन आयामी scaffolds बनाने के लिए। प्रोटोटाइप एक कोलेजन पाड़ कि एक प्रवाह और 4 और 3 मिमी, क्रमशः के व्यास के साथ दो बहिर्वाह चैनल के साथ एक branched वास्तुकला का प्रतिनिधित्व करता है के होते हैं। इस तकनीक को संभावित हित के ऊतक के स्थूल और सूक्ष्म वातावरण नकल करने के लिए है। यह तकनीक एक व्यवहार्य तकनीक उच्च निष्ठा है, जो इन विवो ऊतक लोच और ब्याज के ऊतकों की अन्य विशेषताओं की नकल करने देखते जा सकता है के साथ एक अपेक्षाकृत आसान है और समय पर मामले में एक biodegradable सामग्री के लिए एक विशिष्ट ज्यामितीय शिक्षाप्रद देने के लिए प्रदान करता है।Protocol
Representative Results
Discussion
Biofabrication एक बेहद इन दोनों क्षेत्रों की क्षेत्र है जिसमें जीव विज्ञान और इंजीनियरिंग के सिद्धांतों जटिल सामग्री है कि देशी ऊतक नकल उत्पन्न करने के लिए विलय है। इस लक्ष्य को हासिल करने के लिए, तकनीक है कि जा…
Disclosures
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 |
References
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