Nowatorski proces druku 3D matryc bezkomórkowych

Metoda ta pozwala na wspólne drukowanie zarówno strukturalnych syntetyków, jak i komponentów biologicznych do rusztowań inżynierii tkankowej. Rusztowania te mogą dokładniej replikować natywne środowisko tkankowe, co może być korzystne dla hodowanych komórek. Główną zaletą tej techniki jest to, że może ona drukować struktury o zdrowych warunkach mechanicznych bez uszkadzania materiału biologicznego zamkniętego w rusztowaniach w technice "wszystko w jednym" dla inżynierii tkankowej.

Wyprodukuj mikrosfery z pożądaną matrycą w kapsułkach. Te mikrosfery zostały wykonane ze zdecelularizowanej chrząstki z tylnych kończyn świni. Różnią się wielkością.

Pracuj z maszyną sitową, aby uzyskać mikrosfery o jednolitej wielkości. Upewnij się, że trzy tace sitowe zostały dokładnie wyczyszczone i wysuszone przed użyciem. Zamontuj wytrząsarkę sitową z większą tacą siatkową na górze i tacą o mniejszych oczkach pośrodku.

Połóż miskę sitową na dnie. Umieść suche mikrosfery w najwyższej tacy. Następnie umieść pokrywkę na tacy.

Grube sito przez osiem do dziesięciu minut. Następnie przesiewaj drobno przez osiem do dziesięciu minut. Czekając, ułóż papier wagowy na przesiane kulki.

Po zakończeniu przesiewania ostrożnie wyjmij tackę sitową. Umieść tacę do góry nogami na papierze wagowym. Delikatnie postukaj w boki, aby upewnić się, że większość kulek wypadnie.

Po opróżnieniu wszystkich płytek sitowych na papier wagowy, wyrzuć zbyt duże i zbyt małe kulki. Pozostałe kule mają odpowiedni rozmiar do wykorzystania w kolejnych krokach. Umieść te kulki w oznakowanej probówce wirówkowej.

Przechowuj probówkę w zamrażarce o temperaturze 20 stopni Celsjusza, aż będzie potrzebna. Zważ materiał niezbędny do wytworzenia materiału filamentu. Wykonaj stosunek wagowy mikrosfer do czterech do proszku polikaprolaktonu z co najmniej 25 gramami mikrosfer.

Przenieś mieszaninę proszku do miniaturowego mieszalnika do walcowania. Mieszaj proszek z prędkością 20 obrotów na minutę przez pięć minut. Po pięciu minutach zatrzymaj obrót i odwróć pojemnik.

Następnie mieszaj z prędkością 20 obr./min przez dodatkowe pięć minut. Aby kontynuować, przenieś mieszaninę do konfiguracji ekstrudera i szpuli. Ustaw ekstruder tak, aby jego wylot znajdował się około 60 centymetrów od wlotu szpuli.

Następnie przy elemencie grzejnym ekstrudera upewnij się, że nie ma płaszcza izolacyjnego. Umieść wentylator biurkowy mniej więcej w połowie odległości między ekstruderem a szpulą, aby schłodzić ekstrudat. Umieść kolejny wentylator w pobliżu płaszcza grzewczego, aby schłodzić go powietrzem z otoczenia.

Następnie upewnij się, że właściwa dysza jest podłączona do ekstrudera i ustaw temperaturę elementu grzejnego. Uruchom wentylatory chłodzące i pozwól instrumentowi osiągnąć stan ustalony. Po 20 do 30 minutach weź mieszaninę mikrosfery PCL i napełnij lej wytłaczarki.

Włącz szpulę i ślimak ekstrudera, aby rozpocząć wytłaczanie filamentu. Użyj kleszczyków i ręcznie pociągnij początkowy wytłaczany filament. Podaj filament do szpuli filamentu.

Podczas wytłaczania obserwuj filament, aby określić jego skład. Po pewnym czasie skład filamentu będzie wyglądał na jednolity, co jest pożądane. Owiń taśmę wokół filamentu, aby zaznaczyć początek jednolitego obszaru.

Poza rolkami szpuli monitoruj średnicę filamentu. Użyj suwmiarki, aby sprawdzić, czy średnica jest zbliżona do pożądanej 1.75 mm. W razie potrzeby dostosuj prędkości i temperatury szpuli i ekstrudera.

Aby wyregulować średnicę filamentu, najpierw zmień prędkość szpuli i ekstrudera. Możesz również zmienić temperaturę ekstrudera, chociaż zwykle nie jest to konieczne. Kontynuuj napełnianie leja i wytłaczanie, aż zostanie zużyty cały proszek.

Gdy zbiornik jest prawie pusty, dodaj proszek PCL do leja, aby wypłukać mieszaninę mikrosfer. Monitoruj ekstrudat podczas dodawania proszku PCL. Na początku mikrosfery będą nadal widoczne w ekstrudacie.

W końcu, gdy nie widać już mikrosfer, przestań dodawać PCL. Oddziel i oznacz filament mikrosferami w pożądanym stężeniu. Gdy w zbiorniku jest minimalna ilość proszku, przerwij wytłaczanie i wyłącz urządzenie.

Filament może być używany w standardowej drukarce do modelowania osadzania topionego. Załaduj filament do drukarki, która jest wyposażona w dysze o żądanej średnicy. Po załadowaniu modelu ustaw temperaturę i prędkość liniową drukowania i rozpocznij odkładanie filamentu.

Niestandardowy filament jest osadzany warstwa po warstwie. Zwróć szczególną uwagę na pierwszą warstwę i dostosuj ustawienia w razie potrzeby. Te dwa rusztowania wydrukowane w 3D są trudne do odróżnienia w tej skali.

Jeden z nich zawiera filament zawierający polikapralakton, tylko PCL. Drugi ma filament PCL z osadzonymi mikrosferami kwasu polimlekowego i matrycami deceluaryzowanymi. Oglądane za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej rusztowanie tylko z PCL wydaje się w większości gładkie.

Natomiast w przypadku drugiego włókna mikrosfery osadzone w PCL są widoczne w całej próbce. Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać, że zbyt małe lub zbyt małe mikrosfery mogą wpływać na dynamikę przepływu materiału w wytłaczarce. Z tego powodu należy pamiętać o odpowiednim przygotowaniu mikrosfer przed użyciem.

W celu zminimalizowania ilości odpadów, zaleca się tworzenie jednej dużej partii filamentu wymaganej do wszystkich eksperymentów, zamiast częstszego tworzenia mniejszych partii. Doświadczenie w produkcji filamentów przyjdzie z czasem. Rusztowania wytworzone w wyniku tej procedury mogą być dalej oceniane in vitro i in vivo, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania dotyczące zwiększonej indukcji i wytrzymałości mechanicznej w porównaniu z innymi rusztowaniami drukowanymi biologicznie.

Po jej opracowaniu, technika ta utorowała drogę naukowcom w dziedzinie inżynierii tkankowej do zbadania kontrgenicznej indukcji zdeceluaryzowanej matrycy świńskiej w rusztowaniach 3D. Nie zapominaj, że praca z małymi cząstkami może stanowić zagrożenie dla układu oddechowego. Podczas tej procedury zaleca się noszenie małej maski przeciwpyłowej.