Metodo di Bioprinting 3D elettroassistito per microdroplet GelMA gelatina metacrilica a bassa concentrazione

Mentre la gelatina metacrilica a bassa concentrazione (GelMA) è biocompatibile con strutture caricate con celle bioprotette in 3D, a causa della sua bassa viscosità è difficile rendere stabilmente organoidi e persino microdroplets con il materiale. Un team di ricercatori dell’Università di Zhejiang in Cina si è concentrato sulla risoluzione di questo problema in un articolo pubblicato di recente, intitolato ” Bioprinting elettroassistito di microdroplet GelMA a bassa concentrazione “.

L’abstract dice: “Qui viene sviluppato un promettente metodo di bioprinting elettroassistito, che può stampare microdroplet GelMA puri a bassa concentrazione con basso costo, basso danno cellulare e alta efficienza. Con l’aiuto dell’attrazione elettrostatica, vengono stampati rapidamente microdroplet GelMA uniformi di circa 100 μm. A causa dell’applicazione di forze esterne inferiori per separare le goccioline, il danno cellulare durante la stampa è trascurabile, cosa che spesso accade nella bioprinting piezoelettrico o termico a getto d’inchiostro. Vengono inoltre analizzati diversi stati di stampa ed effetti dei parametri di stampa (tensioni, pressione del gas, dimensioni dell’ugello, ecc.) Sul diametro del microdroplet. Successivamente vengono studiate le proprietà fondamentali delle microsfere GelMA a bassa concentrazione. I risultati mostrano che le microsfere stampate con GelMA al 5% p / v possono fornire un microambiente adatto alle cellule staminali del midollo osseo cariche. Infine, è dimostrato che i microdroplet stampati possono essere usati nella costruzione di organoidi microsferoidali, in rilascio controllato da farmaci, e in bioprinting 3D come biobrick. “

Hanno preparato una soluzione di prepolimero sciogliendo GelMA liofilizzato “in medium di aquila modificato (MEM) ad una concentrazione di 5% (p / v) contenente litio fenil-2, 4, 6-trimetilbenzoilfosfinato (LAP) ad una concentrazione dello 0,5% (w / v), “e quindi filtrandolo per sterilità, prima di misurare la sua viscosità.

L’aria compressa è stata utilizzata per alimentare il bioink nel dispositivo elettroassistito.

“Inoltre, per impedire il ritorno delle microgocce risultanti dall’attrazione dell’anello metallico, una piastra metallica collegata all’alta tensione è stata collocata sotto il modulo elettroassistito”, hanno scritto i ricercatori. “Una capsula di Petri con olio di silicone è stata posizionata sulla piastra metallica come un ricevitore di goccioline. La luce a lunghezza d’onda di 405 nm è stata utilizzata per la reticolazione di GelMA. “

Il team ha condotto diversi esperimenti con il loro bioink e il dispositivo di bioprinting elettroassistito, inclusa l’uso di una telecamera ad alta velocità, impostata a 1600 fps, per esaminare i vari stati di stampa delle goccioline GelMA a bassa concentrazione vicino agli ugelli sotto la procedura elettroassistita e valutare l’effetto sulla dimensione della microsfera GelMA dei parametri elettrospray.

La microscopia a fluorescenza confocale e la microscopia elettronica a scansione (SEM) sono state entrambe utilizzate per completare una serie di caratterizzazioni del profilo al fine di verificare l’ambiente chimico e fisico che era stato creato dalle microsfere. I ricercatori hanno anche analizzato il profilo di degradazione GelMA al 5% (p / v), testato la curva sforzo-deformazione del gel-bioink e analizzato l’area dei pori del materiale GelMA al 5% (peso / volume).

“Le immagini SEM della morfologia interna sono state importate nel software ImageJ e trasformate in immagini a 8 bit in scala di grigi”, hanno scritto i ricercatori. “Quindi, le aree dei pori delle immagini in scala di grigi sono state analizzate. Sono stati calcolati la distribuzione di frequenza dell’area e i dati di distribuzione normali. Successivamente, i dati sono stati tracciati come forma di istogramma di distribuzione e curva di distribuzione normale. “

I ricercatori hanno anche esaminato il potenziale dell’uso del loro metodo di microsfere GelMA elettromedicate in una varietà di applicazioni, come l’incapsulamento cellulare, il rilascio controllato dai farmaci e il bioprinting 3D. Per configurare un dispositivo per la stampa 3D a getto d’inchiostro, il team ha utilizzato il materiale PLA per fabbricare un dispositivo speciale su una stampante 3D FDM, che è stata poi aggiunta al dispositivo di stampa elettroassistito.

“L’ugello metallico è stato fissato sull’attrezzatura e la punta è stata messa a terra. Sotto di esso, una piastra metallica era collegata all’alta tensione “, hanno spiegato i ricercatori. “Il gelink bio gelificato con particelle fluorescenti come sopra è stato inserito nella siringa del dispositivo di stampa elettroassistito.”

Le immagini di microscopia fluorescente confocale di BMSCs incapsulate in GelMA al 5% (p / v).

Per esaminare la stampabilità, il team ha impostato una pressione del gas bassa (0,5 kPa) e una pressione del gas elevata (1,5 kPa) e le microgocce sono state estruse sulla carta filtro sottostante, esposte a una luce di lunghezza d’onda di 405 nm per reticolazione e osservate sotto la microscopia confocale a fluorescenza dopo la stampa è stata completata.

La ricerca del team ha dimostrato che la biostampa 3D elettroassistita di microdroplet GelMA a bassa concentrazione ha un grande potenziale in applicazioni quali la costruzione di organoidi, il rilascio di farmaci e la terapia cellulare.

I coautori del giornale sono Mingjun Xie, Qing Gao, Haiming Zhao, Jing Nie, Zhenliang Fu, Haoxuan Wang, Lulu Chen, Lei Shao, Jianzhong Fu, Zichen Chen e Yong He.

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