Manyetik 3D biyo-baskı - Magnetic 3D bioprinting

Manyetik 3D biyo-baskı kullanan bir metodolojidir biyouyumlu manyetik nanopartiküller hücreleri 3B yapılara yazdırmak veya 3B hücre kültürleri. Bu süreçte hücreler manyetik nanopartiküller (Nanoshuttle) onları manyetik hale getirmek için kullanılır.[1][2] Manyetik olduktan sonra, bu hücreler doku yapısını ve işlevini taklit eden harici manyetik kuvvetler kullanılarak hızlı bir şekilde belirli 3B desenlere yazdırılabilir.

Genel prensip

Manyetik 3D kullanmanın birçok avantajı vardır biyo-baskı gibi diğer 3B baskı modalitelerine göre ekstrüzyon, fotolitografi, ve stereolitografi. Bu, diğerlerinin günler süren süreçleriyle karşılaştırıldığında hızlı biyo-baskı sürecini (15 dakika - 1 saat) içerir;[3][4] endojen sentezi hücre dışı matris (ECM) yapay bir proteine ​​ihtiyaç duymadan substrat; ve ince uzaysal kontrol.[5][6][7] Bu sistemi kullanarak, 3D hücre kültürü modeller, basit sferoidlerden ve halkalardan akciğer gibi daha karmaşık organotipik modellere hızlı bir şekilde basılabilir,[5] aort kapağı,[6] ve şişman.[7]

Tarih

Piyasada bulunan ilk 3B biyo-baskı sistemi Nano3D Biosciences, Inc. tarafından ticarileştirilmektedir. Bu sistemin ilk uygulaması yüksek verim ve yüksek içerikli uyuşturucu taraması.[8]

İşlem

Hücrelerin, manyetik alanlar aracılığıyla manipülasyona daha duyarlı olmalarını sağlamak için önce manyetik nanopartiküllerin varlığında inkübe edilmesi gerekir. Nano3D Biosciences tarafından geliştirilen sistem, elektrostatik etkileşimler yoluyla hücre zarına yapışmaya yardımcı olan altın, manyetik demir oksit ve poli-L-lisinden oluşan bir nanopartikül grubu olan bir "nanoshuttle" kullanır.[5] Bu sistemde hücreler, kalıcı mıknatıslar tarafından üretilen alanlar kullanılarak manyetik olarak 3 boyutlu desenlere (halkalar veya noktalar) yazdırılır. Basılı yapı içindeki hücreler, tipik olarak 24 saat içinde yapıyı taşımak, çoğaltmak ve nihayetinde küçültmek için çevreleyen hücreler ve ECM ile etkileşime girer.

Bir toksisite analizi olarak kullanıldığında, bu büzülme ilaç konsantrasyonuna göre değişir ve parlak alan görüntüleme ile kolayca yakalanabilen ve ölçülebilen etiketsiz bir hücre işlevi metriğidir.[8] Nano3D Biosciences tarafından geliştirilen sistemde, modelin boyutu iPod tabanlı bir sistem kullanılarak yakalanabilir, bu sistem ücretsiz olarak kullanılabilen bir uygulama (Deneysel Asistan) kullanılarak küçük aralıklarla (küçük aralıklarla) 96 yapının tüm plakalarını görüntülemek için programlanabilir. 1 s olarak) farmakodinamiği verimli bir şekilde yakalamak için. Manyetik 3D biyoyazıcı kullanan sonuçlar yakın zamanda Bilimsel Raporlar Ekim 2013'te.[8]

Diamagnetoforez

Hücreler, manyetik nanopartiküller kullanılmadan, diyamanyetizma. Bazı malzemeler mıknatıslara diğerlerinden daha fazla çekilir veya daha hassastır. Daha yüksek manyetik duyarlılığa sahip malzemeler, bir mıknatısa karşı daha güçlü bir çekim yaşayacak ve ona doğru hareket edecektir. Daha düşük duyarlılığa sahip zayıf şekilde çekilen malzeme, mıknatıstan uzakta yatan daha düşük manyetik alan bölgelerine kaydırılır. Manyetik alanlar ve dikkatlice düzenlenmiş mıknatıslar tasarlayarak, iki malzemenin manyetik duyarlılıklarındaki farklılıkları bir hacim içinde yalnızca birini konsantre etmek için kullanmak mümkündür.

İnsan göğüs kanseri hücrelerinin paramanyetik tuz, dietilentriaminpentaasetik asit gadolinyum (III) dihidrojen tuzu hidrat (Gd-DTPA) içeren bir hücre kültürü ortamında süspanse edilerek bir biyo-bağın formüle edildiği çalışmada bir örnek bulunacaktır. Çoğu hücre gibi, bu meme kanseri hücreleri de mıknatıslar tarafından, insanlarda kullanım için FDA onaylı bir MRI kontrast maddesi olan Gd-DTPA'dan çok daha zayıf bir şekilde çekilir. Bu nedenle, bir manyetik alan uygulandığında, tuz hidrat mıknatıslara doğru hareket etti ve hücreleri, bir 3B hücre kümesinin oluşumunu tohumlayan önceden belirlenmiş minimum manyetik alan kuvvetine sahip bir alana kaydırdı.[9]

Uygulama

Manyetik 3D biyoyazıcı, aşağıdakileri taramak için kullanılabilir: kardiyovasküler toksisite ilaç çekilmelerinin% 30'unu oluşturan. [10] Vasküler düz kas hücreleri, kasılabilen ve genişleyebilen kan damarlarını taklit etmek için manyetik olarak 3D halkalara yazdırılır. Bu sistem, pahalı olan ve deney başına az veri sağlayan ex vivo doku kullanarak deneylerin yerini alabilir. Ayrıca, manyetik 3D biyo-baskı, bir insana yaklaşmak için insan hücrelerini kullanabilir. in vivo bir hayvan modelinden daha iyi tepki. Bu, bioassay Bu, çalışma için doku benzeri yapılar oluşturmada 3D biyo baskının faydalarını manyetik baskının hızıyla birleştirir.

Kullanıcılar

Manyetik 3D biyoyazıcı için hedef kullanıcılar, ilaç ve CRO Bu sistemin ilaç keşif sürecinin erken aşamalarında toksisite ve etkinlik için bir bileşik ekran olarak entegre edilebileceği endüstriler. Gelecekte, manyetik 3B biyo-baskı rejeneratif tıp alanına uygulanabilir ve organogenez. Genel olarak, manyetik 3B biyo-baskı, doğal dokuların sadık modellerini oluşturmak için etkili bir araçtır.

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ Souza GR, Molina JR, Raphael RM, Ozawa MG, Stark DJ, Levin CS, Bronk LF, Ananta JS, Mandelin J, Georgescu MM, Bankson JA, Gelovani JG, Killian TC, Arap W, Pasqualini R (Nisan 2010). "Manyetik hücre yükselmesine dayalı üç boyutlu doku kültürü". Doğa Nanoteknolojisi. 5 (4): 291–6. Bibcode:2010NatNa ... 5..291S. doi:10.1038 / nnano.2010.23. PMC  4487889. PMID  20228788.
  2. ^ Haisler WL, Timm DM, Gage JA, Tseng H, Killian TC, Souza GR (Ekim 2013). "Manyetik kaldırma ile üç boyutlu hücre kültürü". Doğa Protokolleri. 8 (10): 1940–9. doi:10.1038 / nprot.2013.125. PMID  24030442. S2CID  24247462.
  3. ^ Friedrich J, Seidel C, Ebner R, Kunz-Schughart LA (2009). "Sferoid tabanlı ilaç ekranı: düşünceler ve pratik yaklaşım". Doğa Protokolleri. 4 (3): 309–24. doi:10.1038 / nprot.2008.226. PMID  19214182. S2CID  21783074.
  4. ^ Seiler AE, Spielmann H (Haziran 2011). "In vitro embriyotoksisiteyi tahmin etmek için doğrulanmış embriyonik kök hücre testi". Doğa Protokolleri. 6 (7): 961–78. doi:10.1038 / nprot.2011.348. PMID  21720311. S2CID  5643556.
  5. ^ a b c Tseng H, Gage JA, Raphael RM, Moore RH, Killian TC, Grande-Allen KJ, Souza GR (Eylül 2013). "Manyetik kaldırma kullanarak üç boyutlu, çok tipli bir bronşiyol ortak kültür modelinin montajı" (PDF). Doku mühendisliği. Bölüm C, Yöntemler. 19 (9): 665–75. doi:10.1089 / ten.tec.2012.0157. hdl:1911/70947. PMID  23301612.
  6. ^ a b Tseng H, Balaoing LR, Grigoryan B, Raphael RM, Killian TC, Souza GR, Grande-Allen KJ (Ocak 2014). "Manyetik kaldırma kullanan aort kapağının üç boyutlu bir ortak kültür modeli". Acta Biomaterialia. 10 (1): 173–82. doi:10.1016 / j.actbio.2013.09.003. PMID  24036238.
  7. ^ a b Daquinag AC, Souza GR, Kolonin MG (Mayıs 2013). "Manyetik nanopartiküllere dayalı üç boyutlu havaya yükselen doku kültürü sisteminde yağ dokusu mühendisliği" (PDF). Doku mühendisliği. Bölüm C, Yöntemler. 19 (5): 336–44. doi:10.1089 / ten.tec.2012.0198. PMC  3603558. PMID  23017116.
  8. ^ a b c Timm DM, Chen J, Sing D, Gage JA, Haisler WL, Neeley SK, ve diğerleri. (Ekim 2013). "Mobil cihaz tabanlı makroskopik görüntü analizi ile toksisite taraması için yüksek verimli üç boyutlu hücre göçü analizi". Bilimsel Raporlar. 3: 3000. Bibcode:2013NatSR ... 3E3000T. doi:10.1038 / srep03000. PMC  3801146. PMID  24141454.
  9. ^ Mishriki S, Abdel Fattah AR, Kammann T, Sahu RP, Geng F, Puri IK (2019). "MCF-7 Hücre Mürekkepleriyle Hücresel Yapıların Hızlı Manyetik 3D Baskısı". Araştırma. 2019: 9854593. doi:10.34133/2019/9854593. PMC  6750075. PMID  31549098.
  10. ^ Gwathmey JK, Tsaioun K, Hajjar RJ (Haziran 2009). "Cardionomics: ilaç adaylarının kardiyotoksisitesini taramak için yeni bir bütünleştirici yaklaşım". İlaç Metabolizması ve Toksikoloji Üzerine Uzman Görüşü. 5 (6): 647–60. doi:10.1517/17425250902932915. PMID  19442031. S2CID  37441896.

daha fazla okuma

  • Tran J (2015). "Bioprint Yapmak veya Bioprint Yapmamak". North Carolina Hukuk ve Teknoloji Dergisi. 17: 123–78. SSRN  2562952.
  • Tran J (2015). "Bioprinting için Patent Alma". Harvard Hukuk ve Teknoloji Dergisi. SSRN  2603693.