This research was supported by a National Leading Research Laboratory Program (Grant NRF-2013R1A2A1A05006378) through the National Research Foundation of Korea funded by the Ministry of Science, ICT and Future Planning. The authors also acknowledge a KAIST Systems Healthcare Program.

1. Preparazione del micropatterned Stampi e idrogel <ol><li> Produrre i modelli micro scala desiderati utilizzando SU-8 photoresist sulla superficie di un wafer di silicio mediante due fasi tecnica fotolitografia 15,17 standard per colata stampi PDMS. L&#39;esempio illustrato utilizza un modello di rete fegato lobulo-like (Figura 1). </li><li> Pesare PDMS e una soluzione di catalizzatore con un rapporto di 1: 5 (cioè, 12.5 g di PDMS e 2,5 g di induritore). </li><li> Mescolare il 15 g della soluzione di fondo, degassare le bolle in una camera a vuoto, e poi diffondere la soluzione mista su una superficie micropatterned della fetta di silicio in modo uniforme in un piatto foil colata. </li><li> Posizionare il wafer di silicio su una piastra riscaldata 65 ° C per 90 min su una superficie piana per curare le PDMS. </li><li> Rimuovere le PDMS curate dal piatto di colata e il wafer di silicio. </li><li> Tagliare i bordi delle PDMS e posizionarlo su una capsula di Petri da 100 mm di diametro conil lato micropatterned up. </li><li> Lavare le PDMS curate micropatterned sulla capsula di Petri con il 70% di etanolo e acqua distillata per la sterilizzazione primario. Poi, asciugarle completamente per 10 minuti in forno a 65 ° C. </li><li> Sciogliere e miscelare O / N 3 g di un tensioattivo non ionico in polvere in 100 ml di acqua distillata, creando un 3% (w / v) di rivestimento. </li><li> Posizionare i PDMS micropatterned stampi in un pulitore plasma e pulirli per 1 min (85 W, 0,73 mbar) per creare una superficie idrofila, per facilitare l&#39;aggiunta di liquidi acquosi. Poi, rivestire la superficie delle PDMS con la soluzione di 100 ml di tensioattivo per almeno 3 ore (ORO / N) utilizzando un bilanciere di laboratorio. </li><li> Lavare la soluzione di tensioattivo dagli stampi PDMS e asciugare completamente in forno a 65 ° C per 10 min. Poi, sterilizzare ogni stampo micropatterned da esposizione a raggi ultravioletti (UV) oltre 30 min. </li></ol> 2. Preparare la sospensione cellulare in un idrogel Precursore <ol><li> Apreparare idrogel precursore, sciogliere 0,1 g di alginato di sodio in polvere a 10 ml di tampone fosfato salino (PBS), creando un 1% (w / v) precursore alginato. Per sciogliere completamente la polvere, incubare e mescolarle O / N. </li><li> Filtrare la soluzione attraverso un filtro da 0,22 micron collegato ad una siringa da 1 ml. </li><li> Cultura le cellule HepG2 in modificata mezzo di Eagle Dulbecco (DMEM) supplementato con 10% di siero fetale bovino e 1% di penicillina-streptomicina su un piatto di coltura di tessuto convenzionale fino 70% - 80% di confluenza in 5% CO 2 incubatore umidificato a 37 ° C . </li><li> Lavare le cellule una volta con PBS, e quindi trypsinize aggiungendo 1 ml di 0,05% tripsina-EDTA per 4 minuti in un incubatore umidificato CO 2 5% a 37 ° C. Centrifugare le cellule raccolte dalla piastra di coltura a 250 xg per 3 min e risospendere con 1 ml di PBS dopo la rimozione del supernatante. </li><li> Contare il numero di cellule singole distribuite in PBS usando una cella automatizzatacontatore. </li><li> Dopo centrifugazione a 250 xg per 3 min e la rimozione PBS, aggiungere 1 ml di 1% (w / v) di una soluzione di alginato di sodio al restante pellet e mescolare delicatamente con pipettamento. La densità di semina finale delle cellule dovrebbe essere di 5 x 10 6 - 10 7 cellule / ml. Incubare la sospensione cellulare / idrogel in 5% CO 2 incubatore umidificato a 37 ° C. </li></ol> 3. Caricamento e Cross-linking di cellule / Hydrogel Suspension <ol><li> Sciogliere 1,47 g di cloruro di calcio disidratare in 100 ml di DDH 2 O per produrre un reagente di reticolazione (ad esempio, 100 mM CaCl 2 · 2H 2 O in DDH 2 O). </li><li> Risciacquare l&#39;interno di un umidificatore con trasduttore ultrasonico utilizzando 70% di etanolo, e riempirlo con 200 ml di reagente di reticolazione. L&#39;umidificatore è largo 110 mm, 300 mm di lunghezza e 170 mm di profondità (ovvero 110 mm x 300 mm x 170 mm (L x A x P)). </li><li> Posizionare il PDMS micropatternedstampi in un pulitore plasma e pulirli per 1 min a 85 W per creare una superficie idrofila. </li><li> Caricare progressivamente 7,2 ml di sospensione cellulare / idrogel ben miscelato sul bordo del micropattern nello stampo. L&#39;esempio illustrato utilizza un modello di rete fegato lobulo-like (Figura 1). Il volume della sospensione dipende dal modello topografico. </li><li> Per raggiungere gelificazione della sospensione cellulare / idrogel, accendere l&#39;umidificatore e verificare che l&#39;umidificatore produce una nebbia del reagente di reticolazione. Spruzzare il reagente di reticolazione sul precursore idrogel per 5 min, coprendo la superficie topografica degli stampi PDMS in un intervallo di 5 cm. Nota: Le distanze più lunghe e più breve di 5 cm possono causare la gelificazione incompleta e irregolare, rispettivamente. Assicurarsi che l&#39;umidificatore ha un tasso di spruzzatura di 250 ml / h, producendo 20 ml di nebbia del reagente di reticolazione in 5 min. </li><li> A seguito del processo di cross-linking, spegnere l&#39;umidificatore e riempire il mo PDMSlds con PBS. </li></ol> 4. Trattamento delle fogli singoli modulare idrogel <ol><li> Staccare ogni foglio idrogel indurito dagli stampi micropatterned via pipettando PBS delicatamente intorno al foglio di idrogel con un puntale 200 l. </li><li> Pick up ogni foglio idrogel mobile usando un 1.000 ml fine punta della pipetta end-cut. Ogni maglia foglio idrogel lobulo-come il fegato ha dimensioni di 8 millimetri x 8,7 millimetri, ed essere 100 - 200 micron di spessore. </li><li> Trasferire un singolo strato di foglio idrogel in 1 ml di DMEM in un 12-pozzetti, e coltivare le cellule in vitro in modo flottante usando l&#39;idrogel costrutto come componente unità della 12-pozzetti più di una settimana in un 5 % di CO 2 umidificata incubatore a 37 ° C. Sostituire il terreno di coltura ogni altro giorno. </li></ol> 5. Fogli idrogel Assemblea di Sovrapposizione <ol><li> Ripetere i passaggi 1,1-1,5 per produrre un telaio PDMS con dimensioni di 18 millimetri x 18 mm x 4 mm (L xH x D), e che contiene strutture 170 micron-alto pilastro sulla superficie inferiore. Utilizzare 42 g della miscela di PDMS e agente reticolante, con lo stesso rapporto come al punto 1.2. Mettere uno stampo di policarbonato specializzata sul wafer di silicio per il telaio PDMS per creare un telaio interno con dimensioni di 8 millimetri x 9 mm x 2 mm (L x A x P). </li><li> Sterilizzare telaio PDMS e 180 micron-pori carte da filtro nylon sommerso in acqua distillata e pinzette in autoclave per 15 minuti a 121 ° C. </li><li> Posizionare il telaio PDMS sterilizzato su un quarto di un pezzo di carta da filtro in nylon (con un diametro di 5 cm) in una capsula di Petri del diametro di 60 mm. </li><li> Trasferire un foglio idrogel modulare nell&#39;interno del telaio PDMS utilizzando un 1.000 microlitri punta della pipetta fine taglio. I fogli idrogel utilizzati per l&#39;assemblaggio devono essere coltivati ​​per almeno un giorno dopo che sono state fabbricate. </li><li> Allineare il bordo di ciascun foglio idrogel modulare con il telaio PDMS utilizzando un puntale 200 microlitri vuoto. </li><li> Ripetere i punti 5.4 e 5.5 utilizzando fogli di idrogel modulari in modo da formare una pila di 4 - 6 strati. </li><li> Rimuovere il mezzo di coltura da fluisce fuori attraverso le strutture pilastro nella parte inferiore del telaio PDMS. Poi aggiungere 2 ml di soluzione di alginato (2% w / v) ad un angolo del costrutto multistrato. </li><li> Spray una nebbia del reagente reticolazione per 30 sec sul costrutto multistrato per fissare i bordi di ogni strato con quelli di un altro. Utilizzare 2 ml di nebbia del reagente di reticolazione (ad una velocità di 250 ml di spruzzatura / hr). </li><li> Sciacquare il costrutto multistrato delicatamente con 400 microlitri DMEM e rimuovere il telaio PDMS con una pinzetta. </li><li> Rimuovere il costrutto multistrato dalla carta da filtro strofinando delicatamente con una cella sollevatore dopo l&#39;aggiunta di 4 ml di DMEM. </li><li> Trasferire il multistrato costruire ad una piastra da 6 pozzetti contenente 3 ml di DMEM con carta da filtro, e coltivare le cellule in vitro in modo flottante, con l&#39;idrogel come costruttoun&#39;impalcatura cellulare multi-scala nella piastra da 6 pozzetti più di una settimana in un 5% CO 2 incubatore umidificato a 37 ° C. Sostituire il terreno di coltura ogni altro giorno. </li></ol>

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	<li>Hoffman, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogels+for+biomedical+applications.">Hydrogels for biomedical applications.</a> Adv. Drug Deliv. Rev. 64 (Supplement), 18-23 (2012).</li><li>Lan, S., Starly, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Alginate+based+3D+hydrogels+as+an+in+vitro+co-culture+model+platform+for+the+toxicity+screening+of+new+chemical+entities.">Alginate based 3D hydrogels as an in vitro co-culture model platform for the toxicity screening of new chemical entities.</a> Toxicol. Appl. Pharm. 256 (1), 62-72 (2011).</li><li>Szot, C. S., Buchanan, C. F., Freeman, J. W., Rylander, M. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+in+vitro+bioengineered+tumors+based+on+collagen+I+hydrogels.">3D in vitro bioengineered tumors based on collagen I hydrogels.</a> Biomaterials. 32 (31), 7905-7912 (2011).</li><li>Lim, F., Sun, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microencapsulated+islets+as+bioartificial+endocrine+pancreas.">Microencapsulated islets as bioartificial endocrine pancreas.</a> Science. 210 (4472), 908-910 (1980).</li><li>Koh, W. G., Itle, L. J., Pishko, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molding+of+hydrogel+microstructures+to+create+multiphenotype+cell+microarrays.">Molding of hydrogel microstructures to create multiphenotype cell microarrays.</a> Anal. Chem. 75 (21), 5783-5789 (2003).</li><li>Xu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Microfluidic+Hydrogel+Capable+of+Cell+Preservation+without+Perfusion+Culture+under+Cell-Based+Assay+Conditions.">A Microfluidic Hydrogel Capable of Cell Preservation without Perfusion Culture under Cell-Based Assay Conditions.</a> Adv Mater. 22 (28), 3017-3021 (2010).</li><li>Um, E., Lee, D. S., Pyo, H. S., Park, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Continuous+generation+of+hydrogel+beads+and+encapsulation+of+biological+materials+using+a+microfluidic+droplet-merging+channel.">Continuous generation of hydrogel beads and encapsulation of biological materials using a microfluidic droplet-merging channel.</a> Microfluid. Nanofluid. 5 (4), 541-549 (2008).</li><li>Lee, D. H., Lee, W., E, U. m., Park, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microbridge+structures+for+uniform+interval+control+of+flowing+droplets+in+microfluidic+networks.">Microbridge structures for uniform interval control of flowing droplets in microfluidic networks.</a> Biomicrofluidics. 5 (3), 034117 (2011).</li><li>Lee, D. H., Bae , C. Y., Han, J. I., Park, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+analysis+of+heterogeneity+in+the+lipid+content+of+single+green+microalgae+in+alginate+hydrogel+microcapsules.">In situ analysis of heterogeneity in the lipid content of single green microalgae in alginate hydrogel microcapsules.</a> Anal. Chem. 85 (18), 8749-8756 (2013).</li><li>Yamada, M., Sugaya, S., Naganuma, Y., Seki, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+synthesis+of+chemically+and+physically+anisotropic+hydrogel+microfibers+for+guided+cell+growth+and+networking.">Microfluidic synthesis of chemically and physically anisotropic hydrogel microfibers for guided cell growth and networking.</a> Soft Matter. 8 (11), 3122-3130 (2012).</li><li>Yamada, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+formation+of+heterotypic+hepatic+micro-organoids+in+anisotropic+hydrogel+microfibers+for+long-term+preservation+of+liver-specific+functions.">Controlled formation of heterotypic hepatic micro-organoids in anisotropic hydrogel microfibers for long-term preservation of liver-specific functions.</a> Biomaterials. 33 (33), 8304-8315 (2012).</li><li>Onoe, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metre-long+cell-laden+microfibres+exhibit+tissue+morphologies+and+functions.">Metre-long cell-laden microfibres exhibit tissue morphologies and functions.</a> Nat. Mater. 12 (6), 584-590 (2013).</li><li>Lee, W., Son, J., Yoo, S. S., Park, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Facile+and+Biocompatible+Fabrication+of+Chemically+Sol&#8722;Gel+Transitional+Hydrogel+Free-Standing+Microarchitectures.">Facile and Biocompatible Fabrication of Chemically Sol&#8722;Gel Transitional Hydrogel Free-Standing Microarchitectures.</a> 12 (1), 14-18 (2011).</li><li>Lee, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cellular+hydrogel+biopaper+for+patterned+3D+cell+culture+and+modular+tissue+reconstruction.">Cellular hydrogel biopaper for patterned 3D cell culture and modular tissue reconstruction.</a> Adv. Healthcare Mater. 1 (5), 635-639 (2012).</li><li>Bae, C. Y., Min, M. K., Kim, H., Park, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Geometric+effect+of+the+hydrogel+grid+structure+on+in+vitro+formation+of+homogeneous+MIN6+cell+clusters.">Geometric effect of the hydrogel grid structure on in vitro formation of homogeneous MIN6 cell clusters.</a> Lab Chip. 14 (13), 2183-2190 (2014).</li><li>Bruzewicz, D. A., McGuigan, A. P., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+a+modular+tissue+construct+in+a+microfluidic+chip.">Fabrication of a modular tissue construct in a microfluidic chip.</a> Lab Chip. 8 (5), 663-671 (2008).</li><li>Choi, S., Park, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-step+photolithography+to+fabricate+multilevel+microchannels.">Two-step photolithography to fabricate multilevel microchannels.</a> Biomicrofluidics. 4 (4), 046503 (2010).</li><li>Lee, B. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+formation+and+collagen-alginate+composite+encapsulation+of+pancreatic+islet+spheroids.">In situ formation and collagen-alginate composite encapsulation of pancreatic islet spheroids.</a> Biomaterials. 33 (3), 837-845 (2012).</li><li>Cabodi, M., Choi, N. W., Gleghorn, J. P., Lee, C. S., Bonassar, L. J., Stroock, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+microfluidic+biomaterial.">A microfluidic biomaterial.</a> J. Am. Chem. Soc. 127 (40), 13788-13789 (2005).</li><li>Choi, N. W., Cabodi, M., Held, B., Gleghorn, J. P., Bonassar, L. J., Stroock, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+scaffolds+for+tissue+engineering.">Microfluidic scaffolds for tissue engineering.</a> Nat. Mater. 6 (11), 908-915 (2007).</li><li>Rowley, J. A., Madlambayan, G., Mooney, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Alginate+hydrogels+as+synthetic+extracellular+matrix+materials.">Alginate hydrogels as synthetic extracellular matrix materials.</a> Biomaterials. 20 (1), 45-53 (1999).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Questo protocollo fornisce un semplice metodo per fabbricare fogli idrogel modulari, e loro assemblaggio per formare scaffold cellulari 3D. Per costruire strutture alginato modellata chiare in breve tempo, dobbiamo identificare un processo di reticolazione che può creare strutture sufficientemente rigido per mantenere le microdisegni complessi dallo stampo, così come mantenere la vitalità delle cellule e il metabolismo. Abbiamo sviluppato un processo di cross-linking, compresa una transizione sol-gel, per spruzzare un reagente di reticolazione utilizzando un umidificatore nella forma di una nebbia. Senza questo processo di reticolazione, i modelli di micro-scala non potrebbe essere generato nella forma di un idrogel sottile costruire con la limitata profondità diffusiva (100 - 200 micron), che ha alta permeabilità diffusiva metaboliti e nutrienti. Inoltre, rispetto ai metodi basati diffusione esistenti, che richiedono 30 - 60 min, 18 - 20 il ti di reticolazionemi è stato relativamente breve (3-5 minuti). Inoltre, è stato anche difficile da manipolare i fogli idrogel sottili, che erano meccanicamente stabile solo in un mezzo liquido. Come mostrato in figura 1, la struttura idrogel sottile era semplicemente e stabilmente gestito e manipolato con una punta convenzionale end-taglio transferal tra diverse condizioni di coltura. Utilizzando tecniche di generazione e manipolazione, potremmo fornire non solo un foglio monostrato in modo galleggiante per potenziali applicazioni nei test di droga ma strutture multistrato anche sovrapposti, con potenziali applicazioni come scaffolds per costrutti di tessuto-like. Architetture cellulari multistrato possono essere generati da impilare i fogli idrogel monostrato modulari (Figura 3A). Ogni foglio idrogel modulare può contenere diversi tipi di cellule, e può essere esposto a diverse condizioni di coltura. Questi costrutti multistrato possono poi essere Assem selettivamentedissanguato. Tuttavia, semplicemente impilamento fogli idrogel possono portare a necrosi delle cellule all&#39;interno della struttura assemblata quando la profondità totale supera la limitata profondità diffusiva (Figura 3C). Per superare questo problema, sarebbe necessario allineare modelli microrete, come fegato maglie lobulo simile, quando i fogli idrogel multistrato vengono assemblati. Abbiamo quindi bisogno di un telaio PDMS con lo stesso modello interno come il bordo del foglio idrogel per allineare i fogli di idrogel impilati. Così, allineati microdisegni hole-matrice nei fogli idrogel maglie assemblati potrebbero essere utilizzati per formare strutture espanse gasdotti, facilitando il trasporto dei nutrienti più efficiente per migliorare la vitalità cellulare (Figura 3B). Una limitazione di questa tecnica è l&#39;assenza di interazioni cellula-matrice nella idrogel alginato. Alginato non può fornire ligandi di adesione cellulare per vivo -come interazioni cellula-matrice a, 21 tuttavia, fa fuorier effetti meccanici e geometrici come impalcatura cellulare incapsulare 3D con interazioni cellula-cellula. Per le cellule primarie e staminali, alginato potrebbe essere utilizzato seguente modifica con peptidi contenenti RGD-21, o in combinazione con il collagene o gelatina. 14,18 Un&#39;altra limitazione è che, una volta che i fogli idrogel cellule-embedded sono fabbricati con bassa densità cellulare sotto 5 x 10 6 cellule / ml, la costruzione della struttura multistrato potrebbero causare allegati deboli tra i fogli di idrogel perché solo il bordo della struttura è fissata per mezzo di alginato aggiuntivo. Tuttavia, i livelli possono essere impilati in modo compatto come un&#39;unica struttura impalcatura via di drenaggio sotto il telaio PDMS. Inoltre, una maggiore densità di cellule nei fogli idrogel potrebbe proliferare sulla superficie e all&#39;interno dello strato dopo coltura un giorno, che contribuirebbe allegati tra strati come illustrato nella Figura 3A. La fabrica foglio di idrogelzione e manipolazione tecnica qui descritta può essere adattato per i sistemi di coltura in vitro e modelli cellulari di tessuto simile per fornire un vivo -come microambiente in per le applicazioni, comprese analisi cellulari e ingegneria organi artificiali. Questa tecnica potrebbe essere applicata a dosaggi di farmaci a base di cellule e studi biologici che richiedono geometricamente diverso micro cellulare 3D e macroenvironments che incorporano varie cellule o tipi di idrogel.

Gli idrogel sono particolarmente promettenti biomateriali, e dovrebbero essere importante nella biologia di base, test farmacologici e la medicina. 1 Biofabrication di costrutti cellulari a base di idrogel-è stato suggerito di ridurre il ricorso alla sperimentazione animale, 2,3 sostituire tessuti trapiantabili, 4 e migliorare saggi cellulari. 5,6-contenenti acqua (idrocarburi) materiali viscoelastici (gel) permettono un gran numero di cellule da incapsulare e mantenuto in una struttura scaffold per controllare il microambiente cellulare 3D. In combinazione con la guida di tecnologie microfluidica o micropatterning, la geometria dei costrutti idrogel può essere controllata con precisione in scala cellulare. Fino ad oggi, una varietà di forme di idrogel, tra particelle, 7 - 9 fibre, 10 - 12 e fogli 13 - 15 sono stati utilizzati come unità edilizie in bottom-up approdolori alla fabbricazione di macro scala architetture multi-cellulari. Entrambe le particelle e fibre a base di idrogel-sono stati prontamente e rapidamente realizzati per applicazioni come ambienti cellulari micro-scala, con controlli fluidici che utilizzano dispositivi microfluidici. Tuttavia, come le unità di base dei tessuti ingegnerizzati, sarebbe complicato di riordinarli e per allargare il loro volume come costrutti macro-scala. 16 E &#39;più difficile da raggiungere costrutti macro-scala per la produzione di moduli base micron dimensioni. Unità lastriforme di costrutti idrogel a base-possono essere utilizzati per aumentare il volume di scaffold tramite un semplice processo di assemblaggio. Consequentially, strati sovrapposti di fogli idrogel forniscono non solo un aumento volumetrico ma anche un&#39;estensione geometrico in uno spazio 3D. Abbiamo precedentemente riportato un metodo per fabbricare fogli idrogel micropatterned, 13 - 15 insieme al loro assemblaggio in multi-layarchitetture cellulari strati sovrapposti. La tecnica consente micropatterning complessa e modularità di costrutti cellulari tramite un processo di sovrapposizione di strutture multistrato. Attraverso la realizzazione di fogli impilati idrogel modulari, che sono micropatterned, un sistema di coltura cellulare 3D con un microambiente cellulare macroscala controllato può essere realizzato. Questo protocollo video descrive un metodo di fabbricazione semplice ma potente che può essere utilizzato per costruire fogli idrogel modulari, in base alla linea cellulare di carcinoma epatico umano (HepG2). Dimostriamo qui semplice manipolazione di questi fogli di idrogel modulari fantasia, ed il loro assemblaggio in una struttura a più livelli.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="958">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:288px;">Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit</td>
			<td style="width:111px;">Dow Corning Corporation</td>
			<td style="width:163px;">000000000001064291</td>
			<td style="width:397px;"></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:288px;">Pluronic F-127</td>
			<td style="width:111px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:163px;">P2443</td>
			<td>Powdered nonionic surfactant&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:288px;">Alginic acid sodium salt, low viscosity</td>
			<td style="width:111px;">Alfa Aesar</td>
			<td style="width:163px;">B25266</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:288px;">Calcium chloride dihydrate</td>
			<td style="width:111px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:163px;">C7902</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:288px;">Ultrasonic humidifier</td>
			<td style="width:111px;">MediHeim</td>
			<td style="width:163px;">MH-2800</td>
			<td>Modified equipment, Maximum sprayed rate: 250 mL/h</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:288px;">Nylon net filter hydrofilic, 180 &#956;m</td>
			<td style="width:111px;">EMD Millipore</td>
			<td style="width:163px;">NY8H04700</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:288px;">Polycarbonate mold</td>
			<td style="width:111px;"></td>
			<td style="width:163px;"></td>
			<td>Customized mold for fabrication of a PDMS frame pattern</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

construction of modular hydrogel sheets for micropatterned macro-scaled 3d cellular architecture

Idrogel possono essere modellati in micro-scala utilizzando tecnologie microfluidica o micropatterning di fornire un vivo like geometria tridimensionale dei tessuti (3D) in. I risultanti costrutti cellulari in 3D basato idrogel-sono stati introdotti come alternativa agli esperimenti sugli animali per studi biologici avanzati, saggi farmacologici e applicazioni trapianto di organi. Sebbene particelle, fibre a base di idrogel-possono essere facilmente realizzati, è difficile da manipolare loro per la ricostruzione del tessuto. In questo video, si descrive un metodo di fabbricazione dei fogli di idrogel alginato micropatterned, insieme al loro assemblaggio per formare un sistema di coltura cellulare 3D macro scala con un microambiente cellulare controllata. Utilizzando una forma di nebbia dell&#39;agente gelificante calcio, fogli sottili idrogel si generino facilmente con uno spessore dell&#39;ordine di 100 - 200 micron, e con microdisegni precise. Le cellule possono essere coltivate con la guida geometrica dei fogli in idrogelcondizioni freestanding. Inoltre, i fogli idrogel possono essere facilmente manipolati utilizzando una micropipetta con una punta fine-cut, e possono essere assemblati in strutture multistrato mediante sovrapposizione utilizzando un polidimetilsilossano modellata (PDMS) frame. Questi fogli idrogel modulari, che possono essere fabbricati con un processo facile, hanno potenziali applicazioni di test in vitro droga e di studi biologici, compresi studi funzionali di micro e macrostruttura e ricostruzione dei tessuti.

Abbiamo descritto la fabbricazione e la manipolazione di fogli di idrogel freestanding cellulari. Come mostrato in figura 1, abbiamo inventato PDMS micropatterned stampi, e idrogel contenenti cellule è stato caricato sulla superficie idrofila di questi stampi e reticolato utilizzando un umidificatore per generare una nebbia aerosol di agente gelificante. Dopo il rilascio dagli stampi, cellule HepG2 sono state coltivate in autoportante fogli idrogel con vari modelli (Figura 2). Pertanto, i fogli idrogel sottili fornito un ambiente coltura 3D. Inoltre, i fogli idrogel modulari possono essere assemblati stratificando i fogli con una micropipetta con una punta fine taglio, e utilizzando un telaio PDMS, che consente 3D coltura cellulare macro-scala (figura 3). <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/53475/53475fig1.jpg" /> Figura 1. Flusso Chart Mostrando la fabbricazione di un foglio di idrogel e fogli di idrogel multistrato. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53475/53475fig1large.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/53475/53475fig2.jpg" /> Figura 2. coltura cellulare autoportante 3D in vari fogli idrogel. Il metodo di fabbricazione di spruzzare reticolazione reagente enabled patterning preciso di idrogel alginato al micro-scala. Inoltre, i fogli idrogel fabbricate potrebbero essere raccolte da stampo e manipolati facilmente in condizioni autoportanti. Cellule HepG2 sono stati modellati e coltivate in un foglio di idrogel piatta (A), fogli di idrogel con pilastri esagonali (B), di maglia (C), fegato maglia lobulo-like (D), una serie di fori (E), e multiple microfibre microcomb-like (F). Le barre di scala sono i seguenti:. 500 micron (A, D, F), 100 micron (B, C), e 2 mm (E) <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53475/53475fig2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/53475/53475fig3.jpg" /> Figura 3. Montaggio di micropatterned fogli idrogel per la Macro-scala cellulare costrutti. Vari tipi di foglio idrogel potrebbe essere montata tramite layer-by-sovrapposizione dei livelli di allineamento, tra cui l&#39;assemblaggio di cinque fogli di idrogel che contengono cellule HepG2 macchiato di fluorescenza verde e le cellule NIH3T3 colorate con fluorescenza rossa (A). Un insieme di fogli di idrogel micropatterned con struttura a pipeline espanso (B), a condizione superiore cella vitalità than quella di fogli di idrogel non fantasia (C) dopo 7 giorni. La vitalità è stata valutata mediante colorazione cellule HepG2 con calceina-AM (cellule vive indicato come verde) e etidio omodimero-1 (cellule morte indicati in rosso). Bar Scala:. 500 micron (A) e 200 micron (B, C) <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53475/53475fig3large.jpg" target="_blank">​​Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a>

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Construction of Modular Hydrogel Sheets for Micropatterned Macro-scaled 3D Cellular Architecture

We describe the fabrication of micropatterned hydrogel sheets using a simple process, which can be assembled and manipulated in a freestanding form. Using these modular hydrogel sheets, a simple macro-scaled 3D cell culture system can be generated with a controlled cellular microenvironment.

Costruzione di fogli modulare idrogel per micropatterned macro-scala 3D Cellular Architettura

Hydrogels can be patterned at the micro-scale using microfluidic or micropatterning technologies to provide an in vivo-like three-dimensional (3D) tissue ...

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Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

10.2K Views.  Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST). We describe the fabrication of micropatterned hydrogel sheets using a simple process, which can be assembled and manipulated in a freestanding form. Using these modular hydrogel sheets, a simple macro-scaled 3D cell culture system can be generated with a controlled cellular microenvironment. 

Video: Construction of Modular Hydrogel Sheets for Micropatterned Macro-scaled 3D Cellular Architecture

Tissue Engineering: Construction of a Multicellular 3D Scaffold for the Delivery of Layered Cell Sheets

Many tissues, such as the adult human hearts, are unable to adequately regenerate after damage.2,3 Strategies in tissue engineering propose innovations to assist the body in recovery and repair. For example, TE approaches may be able to attenuate heart remodeling after myocardial infarction (MI) and possibly increase total heart function to a near normal pre-MI level.4 As with any functional tissue, successful regeneration of cardiac tissue involves the proper delivery of multiple cell types with environmental cues favoring integration and survival of the implanted cell/tissue graft. Engineered tissues should address multiple parameters including: soluble signals, cell-to-cell interactions, and matrix materials evaluated as delivery vehicles, their effects on cell survival, material strength, and facilitation of cell-to-tissue organization. Studies employing the direct injection of graft cells only ignore these essential elements.2,5,6 A tissue design combining these ingredients has yet to be developed. Here, we present an example of integrated designs using layering of patterned cell sheets with two distinct types of biological-derived materials containing the target organ cell type and endothelial cells for enhancing new vessels formation in the &#8220;tissue&#8221;. Although these studies focus on the generation of heart-like tissue, this tissue design can be applied to many organs other than heart with minimal design and material changes, and is meant to be an off-the-shelf product for regenerative therapies. The protocol contains five detailed steps. A temperature sensitive Poly(N-isopropylacrylamide) (pNIPAAM) is used to coat tissue culture dishes. Then, tissue specific cells are cultured on the surface of the coated plates/micropattern surfaces to form cell sheets with strong lateral adhesions. Thirdly, a base matrix is created for the tissue by combining porous matrix with neovascular permissive hydrogels and endothelial cells. Finally, the cell sheets are lifted from the pNIPAAM coated dishes and transferred to the base element, making the complete construct.

For creation of highly organized structures of complex tissue, one must assemble multiple material and cell types into an integrated composite. This combinatorial design incorporates organ-specific layered cell sheets with two distinct biologically-derived materials containing a strong fibrous matrix base, and endothelial cells for enhancing new vessels formation.

Ingegneria dei tessuti: Costruzione di un multicellulare 3D Ponteggio per la consegna di Layered fogli Cellulari

Many tissues, such as the adult human hearts, are unable to adequately regenerate after damage.2,3 Strategies in tissue engineering propose innovations to ...

Ricerca

Bioingegneria

The Encapsulation of Cell-free Transcription and Translation Machinery in Vesicles for the Construction of Cellular Mimics

As interest shifts from individual molecules to systems of molecules, an increasing number of laboratories have sought to build from the bottom up cellular mimics that better represent the complexity of cellular life. To date there are a number of paths that could be taken to build compartmentalized cellular mimics, including the exploitation of water-in-oil emulsions, microfluidic devices, and vesicles. Each of the available options has specific advantages and disadvantages. For example, water-in-oil emulsions give high encapsulation efficiency but do not mimic well the permeability barrier of living cells. The primary advantage of the methods described herein is that they are all easy and cheap to implement. Transcription-translation machinery is encapsulated inside of phospholipid vesicles through a process that exploits common instrumentation, such as a centrifugal evaporator and an extruder. Reactions are monitored by fluorescence spectroscopy. The protocols can be adapted for recombinant protein expression, the construction of cellular mimics, the exploration of the minimum requirements for cellular life, or the assembly of genetic circuitry.

Herein we describe simple methods for the preparation of vesicles, the encapsulation of transcription and translation machinery, and the monitoring of protein production. The resulting cell-free systems can be used as a starting point from which to build increasingly complex cellular mimics.

L&#39;incapsulamento di trascrizione privo di cellule e macchinari traduzione in vescicole per la costruzione di Mimics cellulari

As interest shifts from individual molecules to systems of molecules, an increasing number of laboratories have sought to build from the bottom up ...

3D Hydrogel Scaffolds for Articular Chondrocyte Culture and Cartilage Generation

Human articular cartilage is highly susceptible to damage and has limited self-repair and regeneration potential. Cell-based strategies to engineer cartilage tissue offer a promising solution to repair articular cartilage. To select the optimal cell source for tissue repair, it is important to develop an appropriate culture platform to systematically examine the biological and biomechanical differences in the tissue-engineered cartilage by different cell sources. Here we applied a three-dimensional (3D) biomimetic hydrogel culture platform to systematically examine cartilage regeneration potential of juvenile, adult, and osteoarthritic (OA) chondrocytes. The 3D biomimetic hydrogel consisted of synthetic component poly(ethylene glycol) and bioactive component chondroitin sulfate, which provides a physiologically relevant microenvironment for in vitro culture of chondrocytes. In addition, the scaffold may be potentially used for cell delivery for cartilage repair in vivo. Cartilage tissue engineered in the scaffold can be evaluated using quantitative gene expression, immunofluorescence staining, biochemical assays, and mechanical testing. Utilizing these outcomes, we were able to characterize the differential regenerative potential of chondrocytes of varying age, both at the gene expression level and in the biochemical and biomechanical properties of the engineered cartilage tissue. The 3D culture model could be applied to investigate the molecular and functional differences among chondrocytes and progenitor cells from different stages of normal or aberrant development.

Cartilage repair represents an unmet medical challenge and cell-based approaches to engineer human articular cartilage are a promising solution. Here, we describe three-dimensional (3D) biomimetic hydrogels as an ideal tool for the expansion and maturation of human articular chondrocytes.

3D Hydrogel Ponteggi per articolare condrociti, Cultura e Cartilagine Generation

Human articular cartilage is highly susceptible to damage and has limited self-repair and regeneration potential. Cell-based strategies to engineer ...

Gradient Strain Chip for Stimulating Cellular Behaviors in Cell-laden Hydrogel

Artificial guidance for cellular alignment is a hot topic in the field of tissue engineering. Most of the previous research has investigated single strain-induced cellular alignment on a cell-laden hydrogel by using complex experimental processes and mass controlling systems, which are usually associated with contamination issues. Thus, in this article, we propose a simple approach to building a gradient static strain using a fluidic chip with a plastic PDMS cover and a UV transparent glass substrate for the stimulation of cellular behavior in a 3D hydrogel. Overloading photo-patternable cell prepolymer in the fluidic chamber can generate a convex curved PDMS membrane on the cover. After UV crosslinking, through a concentric circular micropattern under the curved PDMS membrane, and buffer washing, a microenvironment for investigating cell behaviors under a variety of gradient strains is self-established in a single fluidic chip, without external instruments. NIH3T3 cells were demonstrated after observing the change in the cellular alignment trend under geometry guidance, in cooperation with strain stimulation, which varied from 15 - 65% on hydrogels. After a 3-day incubation, the hydrogel geometry dominated the cell alignment under low compressive strain, where cells aligned along the hydrogel elongation direction under high compressive strain. Between these, the cells showed random alignment due to the dissipation of the radical guidance of hydrogel elongation and the geometry guidance of the patterned hydrogel.

This article introduces a simple approach to providing non-continuous gradient static strains on a concentric cell-laden hydrogel to regulate cell alignment for tissue engineering.

Gradiente di deformazione Chip per comportamenti stimolanti cellulari in cella-carichi idrogel

Artificial guidance for cellular alignment is a hot topic in the field of tissue engineering. Most of the previous research has investigated single ...

Improved 3D Hydrogel Cultures of Primary Glial Cells for In Vitro Modelling of Neuroinflammation

In the central nervous system, numerous acute injuries and neurodegenerative disorders, as well as implanted devices or biomaterials engineered to enhance function result in the same outcome: excess inflammation leads to gliosis, cytotoxicity, and/or formation of a glial scar that collectively exacerbate injury or prevent healthy recovery. With the intent of creating a system to model glial scar formation and study inflammatory processes, we have generated a 3D cell scaffold capable of housing primary cultured glial cells: microglia that regulate the foreign body response and initiate the inflammatory event, astrocytes that respond to form a fibrous scar, and oligodendrocytes that are typically vulnerable to inflammatory injury. The present work provides a detailed step-by-step method for the fabrication, culture, and microscopic characterization of a hyaluronic acid-based 3D hydrogel scaffold with encapsulated rat brain-derived glial cells. Further, protocols for characterization of cell encapsulation and the hydrogel scaffold by confocal immunofluorescence and scanning electron microscopy are demonstrated, as well as the capacity to modify the scaffold with bioactive substrates, with incorporation of a commercial basal lamina mixture to improved cell integration.

Improved 3D Hydrogel Cultures of Primary Glial Cells for In Vitro Modelling of Neuroinflammation

Herein, we present a protocol for the 3D culture of rat brain-derived glia cells, including astrocytes, microglia, and oligodendrocytes. We demonstrate primary cell culture, methacrylated hyaluronic acid (HAMA) hydrogel synthesis, HAMAphoto-polymerization and cell encapsulation, and sample processing for confocal and scanning electron microscopic imaging.

Migliorata 3D idrogel culture di cellule gliali primari In Vitro modellazione del Neuroinflammation

In the central nervous system, numerous acute injuries and neurodegenerative disorders, as well as implanted devices or biomaterials engineered to enhance ...

Bioprintable Alginate/Gelatin Hydrogel 3D In Vitro Model Systems Induce Cell Spheroid Formation

The cellular, biochemical, and biophysical heterogeneity of the native tumor microenvironment is not recapitulated by growing immortalized cancer cell lines using conventional two-dimensional (2D) cell culture. These challenges can be overcome by using bioprinting techniques to build heterogeneous three-dimensional (3D) tumor models whereby different types of cells are embedded. Alginate and gelatin are two of the most common biomaterials employed in bioprinting due to their biocompatibility, biomimicry, and mechanical properties. By combining the two polymers, we achieved a bioprintable composite hydrogel with similarities to the microscopic architecture of a native tumor stroma. We studied the printability of the composite hydrogel via rheology and obtained the optimal printing window. Breast cancer cells and fibroblasts were embedded in the hydrogels and printed to form a 3D model mimicking the in vivo microenvironment. The bioprinted heterogeneous model achieves a high viability for long-term cell culture (&#62; 30 days) and promotes the self-assembly of breast cancer cells into multicellular tumor spheroids (MCTS). We observed the migration and interaction of the cancer-associated fibroblast cells (CAFs) with the MCTS in this model. By using bioprinted cell culture platforms as co-culture systems, it offers a unique tool to study the dependence of tumorigenesis on the stroma composition. This technique features a high-throughput, low cost, and high reproducibility, and it can also provide an alternative model to conventional cell monolayer cultures and animal tumor models to study cancer biology.

Bioprintable Alginate/Gelatin Hydrogel 3D In Vitro Model Systems Induce Cell Spheroid Formation

We developed a heterogeneous breast cancer model consisting of immortalized tumor and fibroblast cells embedded in a bioprintable alginate/gelatin bioink. The model recapitulates the in vivo tumor microenvironment and facilitates the formation of multicellular tumor spheroids, yielding insight into the mechanisms driving tumorigenesis.

Bioprintable alginato/gelatina idrogel 3D In Vitro sistemi modello inducono la formazione di sferoide di cella

The cellular, biochemical, and biophysical heterogeneity of the native tumor microenvironment is not recapitulated by growing immortalized cancer cell ...

Construction of a Multilayered Mesenchymal Stem Cell Sheet with a 3D Dynamic Culture System

Stem cell therapy shows a promising future in regenerating injured organ and tissues, and the cell sheet technique has been developed to improve the low cell retention and poor survival within the target zone. However, during the in vitro construction process, a solution for maintaining stem cell bioactivity and increasing the cell amount within the cell sheet is urgently needed. Here, this protocol presents a method for constructing a multilayered cell sheet with favorable stem cell bioactivity and optimal operability. Decellularized porcine pericardium (DPP) is prepared by phospholipase A2 (PLA2) decellularization method as the cell sheet scaffold, and rat bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) are isolated and expanded as the seeded cells. The temporary multilayered cell sheet structure is constructed by using RAD16-I peptide hydrogel. Finally, the cell sheet is cultured with a dynamic perfusion system to stabilize the three-dimensional (3D) structure, and the cell sheet could be obtained following a 48-hour culture in vitro. This protocol provides an efficient and feasible method for constructing a multilayered stem cell sheet, and the cell sheet could be developed as a favorable stem cell therapy product in the future.

This article provides an efficient and feasible method for constructing multilayered stem cell sheets with favorable stem cell property.

Costruzione di un foglio di multistrato delle cellule staminali mesenchimali con un sistema di cultura dinamica 3D

Stem cell therapy shows a promising future in regenerating injured organ and tissues, and the cell sheet technique has been developed to improve the low ...

3D Analysis of Multi-cellular Responses to Chemoattractant Gradients

Various limitations of 2D cell culture systems have sparked interest in 3D cell culture and analysis platforms, which would better mimic the spatial and chemical complexity of living tissues and mimic in vivo tissue functions. Recent advances in microfabrication technologies have facilitated the development of 3D in vitro environments in which cells can be integrated into a well-defined extracellular matrix (ECM) and a defined set of soluble or matrix associated biomolecules. However, technological barriers have limited their widespread use in research laboratories. Here, we describe a method to construct simple devices for 3D culture and experimentation with cells and multicellular organoids in 3D microenvironments with a defined chemoattractant gradient. We illustrate the use of this platform for analysis of the response of epithelial cells and organoids to gradients of growth factors, such as epidermal growth factor (EGF). EGF gradients were stable in the devices for several days leading to directed branch formation in breast organoids. This analysis allowed us to conclude that collective gradient sensing by groups of cells is more sensitive vs. single cells. We also describe the fabrication method, which does not require photolithography facilities nor advanced soft lithography techniques. This method will be helpful to study 3D cellular behaviors in the context of the analysis of development and pathological states, including cancer.

We describe a method to construct devices for 3D culture and experimentation with cells and multicellular organoids. This device allows analysis of cellular responses to soluble signals in 3D microenvironments with defined chemoattractant gradients. Organoids are better than single cells at detection of weak noisy inputs.

Analisi 3D delle risposte multi-cellulari ai gradienti chemoattractant

Various limitations of 2D cell culture systems have sparked interest in 3D cell culture and analysis platforms, which would better mimic the spatial and ...

3D Printed Porous Cellulose Nanocomposite Hydrogel Scaffolds

This work demonstrates the use of three-dimensional (3D) printing to produce porous cubic scaffolds using cellulose nanocomposite hydrogel ink, with controlled pore structure and mechanical properties. Cellulose nanocrystals (CNCs, 69.62 wt%) based hydrogel ink with matrix (sodium alginate and gelatin) was developed and 3D printed into scaffolds with uniform and gradient pore structure (110-1,100 &#181;m). The scaffolds showed compression modulus in the range of 0.20-0.45 MPa when tested in simulated in vivo conditions (in distilled water at 37 &#176;C). The pore sizes and the compression modulus of the 3D scaffolds matched with the requirements needed for cartilage regeneration applications. This work demonstrates that the consistency of the ink can be controlled by the concentration of the precursors and porosity can be controlled by the 3D printing process and both of these factors in return defines the mechanical properties of the 3D printed porous hydrogel scaffold. This process method can therefore be used to fabricate structurally and compositionally customized scaffolds according to the specific needs of patients.&#160;

The three critical steps of this protocol are i) developing the right composition and consistency of the cellulose hydrogel ink, ii) 3D printing of scaffolds into various pore structures with good shape fidelity and dimensions and iii) demonstration of the mechanical properties in simulated body conditions for cartilage regeneration.

3D stampato cellulosa porosa dell'idrogelo Nanocomposite ponteggi

This work demonstrates the use of three-dimensional (3D) printing to produce porous cubic scaffolds using cellulose nanocomposite hydrogel ink, with ...

Protocols of 3D Bioprinting of Gelatin Methacryloyl Hydrogel Based Bioinks

Gelatin methacryloyl (GelMA) has become a popular biomaterial in the field of bioprinting. The derivation of this material is gelatin, which is hydrolyzed from mammal collagen. Thus, the arginine-glycine-aspartic acid (RGD) sequences and target motifs of matrix metalloproteinase (MMP) remain on the molecular chains, which help achieve cell attachment and degradation. Furthermore, formation properties of GelMA are versatile. The methacrylamide groups allow a material to become rapidly crosslinked under light irradiation in the presence of a photoinitiator. Therefore, it makes great sense to establish suitable methods for synthesizing three-dimensional (3D) structures with this promising material. However, its low viscosity restricts GelMA's printability. Presented here are methods to carry out 3D bioprinting of GelMA hydrogels, namely the fabrication of GelMA microspheres, GelMA fibers, GelMA complex structures, and GelMA-based microfluidic chips. The resulting structures and biocompatibility of the materials as well as the printing methods are discussed. It is believed that this protocol may serve as a bridge between previously applied biomaterials and GelMA as well as contribute to the establishment of GelMA-based 3D architectures for biomedical applications.

Presented here is a method for the 3D bioprinting of gelatin methacryloyl.

Protocolli di biostampa 3D di Gelatin Abasecryloyl Hydrogel Based Bioinks

Gelatin methacryloyl (GelMA) has become a popular biomaterial in the field of bioprinting. The derivation of this material is gelatin, which is hydrolyzed ...