3D Bioprinting'i Kullanan Sferoidlerin Mekanik Entegrasyonu Sergileyen Kalp Doku Oluşturma
Summary
Bu protokol, biyomalzemeler kullanılmadan kalp dokusunun 3D biyoprintini açıklamaktadır. 3D biyoprote edilmiş kalp yamaları bileşen küremsiklerin mekanik entegrasyonunu sergiler ve kalp dokusunun yenilenmesinde ve kalp hastalığının 3D modellerinde son derece umut vericidir.
Abstract
Bu protokol, sadece hücreler kullanılarak, biyomalzemeler kullanılmadan kalp dokusunun 3D biyoprintini açıklamaktadır. Kardiyomiyositler, endotel hücreleri ve fibroblastlar önce izole edilir, sayılır ve istenen hücre oranlarında karıştırılır. Bunlar, ultra-düşük ek 96 delikli plakalar içinde bireysel kuyularda birlikte kültürlenir. 3 gün içinde sopoidler atılır. Bu sfero daha sonra vakum emiş kullanarak bir meme tarafından toplanır ve bir 3D bioprinter kullanarak bir iğne dizisi üzerine monte edilir. Daha sonra sferoidlerin iğne dizisi üzerinde sigortalanmasına izin verilir. 3D biyoprintten üç gün sonra, sferoidler, bozulmamış bir yama olarak çıkarılır; bu zaten kendiliğinden dayaktır. 3D biyoprote edilmiş kalp yamaları bileşen küremsiklerin mekanik entegrasyonunu sergiler ve kalp dokusunun yenilenmesinde ve kalp hastalığının 3D modellerinde son derece umut vericidir.
Introduction
3D biyoprintleme için birçok farklı yöntem vardır 1 , 2 , 3 . 3D biyoprinting, mürekkep püskürtmeli biyoprint, mikro ekstrüzyon biyoprint, lazer yardımlı biyoprint, metotların bir kombinasyonu veya daha yeni yaklaşımlar gibi örneklerle baskı teknolojisi 1 ile sık sık sınıflandırılır. 3D biyoprinting, iskeleye bağlı olmayan veya iskeleye bağlı yöntemler olarak sınıflandırılabilir. 3D biyoprintinin çoğu metodu, biyo-materyallere, örn., Biyometrik bağlantılar 5 veya iskele 6'ya ihtiyaç duyulduğunda, iskeleye bağlıdır. Bununla birlikte, iskele bağımlı 3D biyoprinting, iskele materyalinin immünojenisitesi, patentli bioink maliyeti, bozunma ürünlerinin yavaş hızı ve toksisitesi gibi birçok konuyu ve sınırlamaları 4 , 7 ile karşı karşıya bırakıyor.
ScafKüresel olmayan kardiyak doku mühendisliği, iskeleye bağlı doku mühendisliğinin bu dezavantajlarının üstesinden gelebilecek potansiyele sahip 8 olarak denenmiştir. Bununla birlikte, yazarların bu makalede belirttiği gibi, biofabrikasyon sürecinde sferoidleri sabit yerlerde sağlam bir şekilde tutmak ve konumlandırmak zordu. 3D biyoprint ve sferoya dayalı doku mühendisliğinin birlikte kullanımı bu zorlukların üstesinden gelme potansiyeline sahiptir. Bu protokolde, yalnızca sfero formundaki hücreleri kullanarak, diğer biyomalzemeler olmadan kardiyak dokunun 3D biyoprintini açıklıyoruz.
İskeletsiz sferoid tabanlı 3B biyoeneratörler 9 , vakumlu emici kullanarak tekli sferoidleri alıp iğne dizisine yerleştirme özelliğine sahiptir. 3D biyoprintide bir iğne dizisine küre biçimlendirme konsepti , eski Japonya'da iğne dizilerinin (" kenzan " olarak bilinir) kullanılmasından esinlenmiştirÇiçek düzenleme düzenlemeleri, ikebana. Bu sistem, sferoidlerin herhangi bir konfigürasyonda tam olarak konumlandırılmasını sağlar ve bireysel sferoitler, bir 3D biyoprote edilmiş doku oluşturmak için kısa bir süre boyunca kaynaşarak sonuçlanır. Bu yöntem, bu sayede, sferoidlerin kolaylıkla manipüle edilmesine ve iskelesiz organ biyofabrasyonunun geleceği için potansiyel etkilere sahip olmasına izin verir.
Protocol
Representative Results
Discussion
It is important to use beating, functional spheroids for 3D bioprinting. If spheroids are not beating, continuing to use them will invariably result in a non-functional 3D bioprinted patch.
One benefit of this approach is the ability to manipulate the cell content of the patch by varying the total number of cells and the percentage of cardiomyocytes, endothelial cells, and fibroblasts in the spheroids. This allows for many different types of cardiac patches to be printed, with varying histolog…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar, aşağıdaki finansman kaynaklarını kabul etmektedir: Kardiyovasküler Araştırmalar İçin Önemli olan Sihir ve Maryland Kök Hücre Araştırma Fonu (2016-MSCRFI-2735).
Materials
| Geltrex | Invitrogen | A1413202 | |
| Trypsin/EDTA 0.05% | Thermo Fisher | 15400054 | |
| Defined Trypsin inhibitor 0.0125% | Thermo Fisher | R007100 | |
| RPMI Cell Media | Invitrogen | 11875-093 | RPMI supplemented with B27 constitutes HIPSC-CM culture media |
| B-27 Supplement | Thermo Fisher | 17504044 | RPMI supplemented with B27 constitutes HIPSC-CM culture media |
| Countess Automated Cell Counter | Invitrogen | C10227 | |
| Human cardiac fibroblasts (adult ventricular type) | Sciencell | 6310 | |
| Human umbilical vein endothelial cells | Lonza | CC-2935 | |
| PrimeSurface ultra-low attachment 96-well U-bottom plates | Akita Sumitomo Bakelite Co. | MS-9096UZ | |
| Regenova Bio 3D Printer | Cyfuse Biomedical K.K. | N/A | www.cyfusebio.com/en/ |
| Trypan Blue Solution, 0.4% | Thermo Fisher | 15250061 | |
| Troponin T Antibody | Thermo Fisher | 701620 | |
| Connexin 43 (Cx43) Antibody | Chemicon | MAB3068 | |
| ProLong Gold Antifade Mountant with DAPI | Thermo Fisher | P36935 |
References
- Murphy, S. V., Atala, A. 3D bioprinting of tissues and organs. Nat Biotech. 32, 773-785 (2014).
- Bajaj, P., Schweller, R. M., Khademhosseini, A., West, J. L., Bashir, R. 3D biofabrication strategies for tissue engineering and regenerative medicine. Ann Rev Biomed Eng. 16, 247-276 (2014).
- Patra, S., Young, V. A Review of 3D Printing Techniques and the Future in Biofabrication of Bioprinted Tissue. Cell Biochem Biophy. 74, 93-98 (2016).
- Moldovan, N. I., Hibino, N., Nakayama, K. Principles of the Kenzan Method for Robotic Cell Spheroid-Based Three-Dimensional Bioprinting. Tissue Eng Part B Rev. , (2017).
- 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).
- Murphy, C. M., Haugh, M. G., O’Brien, F. J. The effect of mean pore size on cell attachment, proliferation and migration in collagen-glycosaminoglycan scaffolds for bone tissue engineering. Biomater. 31, 461-466 (2010).
- Noguchi, R., et al. Development of a three-dimensional pre-vascularized scaffold-free contractile cardiac patch for treating heart disease. J Heart Lung Transpl. 35, 137-145 (2016).
- Mironov, V., et al. Organ printing: tissue spheroids as building blocks. Biomater. 30, 2164-2174 (2009).
- Itoh, M., et al. Scaffold-Free Tubular Tissues Created by a Bio-3D Printer Undergo Remodeling and Endothelialization when Implanted in Rat Aortae. PloS One. 10, e0136681 (2015).
- Lieu, P. T., Fontes, A., Vemuri, M. C., Macarthur, C. C. Generation of induced pluripotent stem cells with CytoTune, a non-integrating Sendai virus. Methods Mol Biol. 997, 45-56 (2013).
- Li, S., Cheng, H., Tomaselli, G. F., Li, R. A. Mechanistic basis of excitation-contraction coupling in human pluripotent stem cell-derived ventricular cardiomyocytes revealed by Ca2+ spark characteristics: direct evidence of functional Ca2+-induced Ca2+ release. Heart Rhythm. 11, 133-140 (2014).
- Boheler, K. R., et al. A Human Pluripotent Stem Cell Surface N-Glycoproteome Resource Reveals Markers, Extracellular Epitopes, and Drug Targets. Stem Cell Rep. 3, 185-203 (2014).
- ScienCell Research Laboratories. . Human Cardiac Fibroblasts (adult ventricular) Product Sheet. , (2017).
- Lonza Walkersville, Inc. . Endothelial Cell Systems – Technical Information & Instructions.,. , (2015).
- Thermo Fisher Scientific, Inc. . Immunofluorescence Method for IHC Detection. , (2017).
- Murata, D., et al. A preliminary study of osteochondral regeneration using a scaffold-free three-dimensional construct of porcine adipose tissue-derived mesenchymal stem cells. J Orthop Surg Res. 10, (2015).
- Mosadegh, B., Xiong, G., Dunham, S., Min, J. K. Current progress in 3D printing for cardiovascular tissue engineering. Biomed Mater. 10, 034002 (2015).
- Chang, C. C., Boland, E. D., Williams, S. K., Hoying, J. B. Direct-write Bioprinting Three-Dimensional Biohybrid Systems for Future Regenerative Therapies. J Biomed Mater Res. Part B, Appl Biomater. 98, 160-170 (2011).
- Lee, J. M., Sing, S. L., Tan, E. Y. S., Yeong, W. Y. Bioprinting in cardiovascular tissue engineering: a review. International J Bioprinting. 2 (2016), (2016).
