Desarrollo y Aplicación de un Nebulizador de Cloruro de Calcio Fabricado por Adición para Fines de Bioprinting en 3D con Algina
Autores: Raddatz, Lukas; Lavrentieva, Antonina; Pepelanova, Iliyana; Bahnemann, Janina; Geier, Dominik; Becker, Thomas; Scheper, Thomas; Beutel, Sascha
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2018
Acceso abierto
Artículo científico
2018
Desarrollo y Aplicación de un Nebulizador de Cloruro de Calcio Fabricado por Adición para Fines de Bioprinting en 3D con Algina
Categoría
Ciencias de los Materiales
Subcategoría
Materiales para aplicaciones biomédicas
Palabras clave
Bioprinting
Alginato
3D
Cargado de células
CaCl
Gelificación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 22
Citaciones: Sin citaciones
La bioprinting tridimensional (3D) permite a los científicos imitar microambientes in vivo y realizar experimentos celulares in vitro bajo condiciones más fisiológicas que las que es posible lograr con el cultivo celular convencional bidimensional (2D). Los biomateriales cargados de células (bioinks) se procesan con precisión para bioingenierizar tejido tridimensionalmente. Un material de matriz utilizado principalmente es el alginato de sodio. Este biopolímero natural proporciona tanto buenas propiedades mecánicas al gelificarse como alta biocompatibilidad. Comúnmente, el alginato se bioprinta en 3D utilizando dispositivos basados en extrusión. La reacción de gelificación se induce mediante una solución de CaCl en la cámara de construcción después de la extrusión del material. Esta técnica establecida tiene dos desventajas principales: (1) el CaCl puede tener efectos tóxicos en los hidrogeles cargados de células debido a la limitación de difusión de oxígeno y (2) es difícil lograr una buena resolución de impresión en la solución de CaCl, ya que la solución debe ser eliminada posteriormente y sustituida por medios de cultivo celular. Aquí, mostramos un enfoque innovador de bioprinting de alginato basado en un nebulizador de CaCl. El dispositivo proporciona una niebla de CaCl a la plataforma de construcción, induciendo la gelificación. La cantidad necesaria de CaCl podría disminuirse en comparación con las estrategias de gelificación anteriores y la limitación de transferencia de oxígeno durante la bioprinting puede reducirse. El dispositivo fue fabricado utilizando la técnica de impresión MJP-3D. Posteriormente, su plano digital (archivo CAD) puede ser modificado y fabricado aditivamente con facilidad y montado en varios bioprinters de extrusión. Con nuestro enfoque, se podría mostrar un concepto para un método de bioprinting 3D más suave. Demostramos que el concepto de un nebulizador basado en ultrasonido para la generación de niebla de CaCl puede ser utilizado para bioprinting 3D y que la polimerización inducida por la niebla de hidrogeles de alginato de diferentes concentraciones es factible. Además, se podrían utilizar diferentes concentraciones de alginato cargado de células: Esferoides celulares (células madre mesenquimatosas) y células individuales (fibroblastos de ratón) fueron impresas en 3D con éxito, obteniendo células viables e hidrogeles estables después de 24 h de cultivo. Sugerimos que nuestro trabajo muestra un enfoque diferente y novedoso sobre el bioprinting de alginato, que podría ser útil en la generación de construcciones de hidrogeles cargados de células para, por ejemplo, pruebas de medicamentos o aplicaciones de ingeniería de tejidos (blandos).
Descripción
La bioprinting tridimensional (3D) permite a los científicos imitar microambientes in vivo y realizar experimentos celulares in vitro bajo condiciones más fisiológicas que las que es posible lograr con el cultivo celular convencional bidimensional (2D). Los biomateriales cargados de células (bioinks) se procesan con precisión para bioingenierizar tejido tridimensionalmente. Un material de matriz utilizado principalmente es el alginato de sodio. Este biopolímero natural proporciona tanto buenas propiedades mecánicas al gelificarse como alta biocompatibilidad. Comúnmente, el alginato se bioprinta en 3D utilizando dispositivos basados en extrusión. La reacción de gelificación se induce mediante una solución de CaCl en la cámara de construcción después de la extrusión del material. Esta técnica establecida tiene dos desventajas principales: (1) el CaCl puede tener efectos tóxicos en los hidrogeles cargados de células debido a la limitación de difusión de oxígeno y (2) es difícil lograr una buena resolución de impresión en la solución de CaCl, ya que la solución debe ser eliminada posteriormente y sustituida por medios de cultivo celular. Aquí, mostramos un enfoque innovador de bioprinting de alginato basado en un nebulizador de CaCl. El dispositivo proporciona una niebla de CaCl a la plataforma de construcción, induciendo la gelificación. La cantidad necesaria de CaCl podría disminuirse en comparación con las estrategias de gelificación anteriores y la limitación de transferencia de oxígeno durante la bioprinting puede reducirse. El dispositivo fue fabricado utilizando la técnica de impresión MJP-3D. Posteriormente, su plano digital (archivo CAD) puede ser modificado y fabricado aditivamente con facilidad y montado en varios bioprinters de extrusión. Con nuestro enfoque, se podría mostrar un concepto para un método de bioprinting 3D más suave. Demostramos que el concepto de un nebulizador basado en ultrasonido para la generación de niebla de CaCl puede ser utilizado para bioprinting 3D y que la polimerización inducida por la niebla de hidrogeles de alginato de diferentes concentraciones es factible. Además, se podrían utilizar diferentes concentraciones de alginato cargado de células: Esferoides celulares (células madre mesenquimatosas) y células individuales (fibroblastos de ratón) fueron impresas en 3D con éxito, obteniendo células viables e hidrogeles estables después de 24 h de cultivo. Sugerimos que nuestro trabajo muestra un enfoque diferente y novedoso sobre el bioprinting de alginato, que podría ser útil en la generación de construcciones de hidrogeles cargados de células para, por ejemplo, pruebas de medicamentos o aplicaciones de ingeniería de tejidos (blandos).