ATA-7015高壓放大器在基于微流控制備殼結(jié)構(gòu)微凝膠的3D打印骨再生結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用
本文將與大家分享，ATA-7015高壓放大器在基于微流控制備殼結(jié)構(gòu)微凝膠的3D打印骨再生結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，希望能對各位工程師有所幫助與啟發(fā)。
利用3D生物打印技術(shù)制備載細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)時，打印過程中的剪切應(yīng)力顯著降低了生物活性。已有研究證明，具有獨立控制隔室的微凝膠可以在打印過程中保護(hù)細(xì)胞。
近期，東華大學(xué)化學(xué)化工與生物工程學(xué)院和材料科學(xué)與工程學(xué)院的何創(chuàng)龍教授團隊和周小軍老師聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)附屬浦東醫(yī)院骨科的何家文醫(yī)生提出利用基于微流控技術(shù)制備的核-殼結(jié)構(gòu)的微凝膠封裝細(xì)胞，以減少擠出生物3D打印過程中剪切應(yīng)力對細(xì)胞的損傷，并在骨組織修復(fù)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。相關(guān)論文“Construction of 3D printed constructs based on microfluidic microgel forbone regeneration”發(fā)表于雜志Composites Part B上。
圖1載細(xì)胞微凝膠和3D打印載細(xì)胞微凝膠的制造過程示意圖
1.微流控制備核-殼結(jié)構(gòu)的載細(xì)胞微凝膠
參數(shù)
油相：含有1v/v%司班80、0.01v/v%乙酸和0.8w/v%CaCl2-NP的液體石蠟
殼：2%w/v的海藻酸鈉和50mMCa-EDTA混合溶液
核：含有GFP-BMSCscells/mL的I型膠原溶液
流速：水相Qaqu/油相Qoil=1/3，核相Q1/殼相Q2=2
微凝膠制備過程（圖1）
將核心溶液和殼溶液分別裝入無菌微流控注射器的中間和兩側(cè)的注射器中，流速由注射泵獨立控制，在微流體平臺上制備載有細(xì)胞的微凝膠；然后，在收集過程中，使用PBS溶液（pH=7.4）中和油相中的乙酸溶液；最后，將載有細(xì)胞的微凝膠重新懸浮在細(xì)胞培養(yǎng)基中進(jìn)行體外培養(yǎng)。
表征
乙酸和CaCl2-NP濃度與微凝膠形態(tài)的關(guān)系：當(dāng)CaCl2-NP的濃度為0.8wt%時，0.01v/v%的乙酸溶液即可形成粒徑均勻的微凝膠（圖2）。
流速與微凝膠的粒徑分散性和殼核結(jié)構(gòu)的關(guān)系：粒徑分散性隨著流速比Qaqu/Qoil的減小而減小，尺寸也相應(yīng)減小（圖2）；I型膠原相(Q1)流速增加，核層厚度增加，殼層厚度相應(yīng)減小（圖3）。
醋酸濃度和Qaqu/Qoil的流速比對載細(xì)胞微凝膠細(xì)胞活力的影響（圖4）：隨著乙酸濃度的降低和流速比的增加，細(xì)胞活力相應(yīng)增加；使用這些參數(shù)制備的微凝膠具有良好的生物相容性。
圖2乙酸、CaCl2-NP濃度和流速對微凝膠形態(tài)的關(guān)系圖
圖3流速與微凝膠殼-核的關(guān)系圖
圖4載細(xì)胞微凝膠中細(xì)胞活力圖
2.3D載微凝膠結(jié)構(gòu)的生物打印
打印參數(shù)
噴嘴內(nèi)徑為500μm；
層高0.55mm，網(wǎng)格填充寬度1mm，軸速度3mm/s，氣壓值0.25MPa；
墨水預(yù)處理溫度4℃。
打印過程
將生物3D打印機放置在無菌室中，以確保打印過程的無菌性。2mL載細(xì)胞微凝膠（5×10^5個細(xì)胞）與SilMA/GelMA復(fù)合材料混合作為3D生物打印的生物墨水。為確保細(xì)胞數(shù)的一致性，將2mL培養(yǎng)基（5×10^5個細(xì)胞）加入到不含微凝膠的bioink中作為對照組進(jìn)行生物打印。3D打印體在UV照下（365nm，10秒）進(jìn)行光交聯(lián)，并轉(zhuǎn)移到細(xì)胞培養(yǎng)板培養(yǎng)。
表征：
微凝膠結(jié)構(gòu)對細(xì)胞活力的影響：3D打印的載細(xì)胞微凝膠結(jié)構(gòu)的細(xì)胞活力高于載細(xì)胞3D打印結(jié)構(gòu)，微凝膠在打印過程中對細(xì)胞的保護(hù)作用。
圖53D打印結(jié)構(gòu)體的細(xì)胞增殖圖
3.3D打印結(jié)構(gòu)促進(jìn)骨組織再生
炎癥反應(yīng)：將Microgel-15%SilMA/GelMA和15%SilMA/GelMA構(gòu)建體置于SD大鼠的皮下，材料與組織界面周圍未觀察到明顯的炎癥反應(yīng)，適合體內(nèi)植入。
骨缺損修復(fù)效果：將載有細(xì)胞的構(gòu)建體置SD大鼠的顱骨缺損處，micro-CT、BMD及H&E染色結(jié)果表明Microgel-15%SilMA/GelMA比15%SilMA/GelMA相比，可明顯促進(jìn)BMSCs的增殖和體內(nèi)骨再生。
圖6皮下植入3D打印結(jié)構(gòu)體1周和2周后的H&E和Masson染色
圖7評估體內(nèi)骨再生圖
帶寬：（-3dB）DC~80kHz
電壓：3kVp-p（±1.5kVp）
電流：40mAp
功率：60Wp
壓擺率：≥534V/μs
可程控
總之，研究者證明了使用微凝膠封裝細(xì)胞減少打印過程中的細(xì)胞損傷、增強細(xì)胞活力策略的可行性。同時表明，嵌入微凝膠的SilMA/GelMA具有良好的生物相容性，具有成為用于3D生物打印的多功能生物墨水的潛力。
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