甲基丙烯酸酐化明膠（GelMA）生物3D打印操作教程
時間：2024-01-20 21:35 來源：EFL生物3D打印與生物制造 作者：admin 閱讀：次
甲基丙烯酸酐化明膠(GelMA)已成為生物3D打印領域的一種常用生物墨水。為了提升科研人員的生物3D打印效率，EFL團隊總結了我們實驗室各種GelMA打印的Protocols，其中包括GelMA微球、GelMA纖維、GelMA復雜三維結構和GelMA凝膠基微流控芯片的制備。
甲基丙烯酸酐化明膠(GelMA) 已成為生物3D打印中最通用的材料，GelMA最初由Van Den Bulkke等人于2000年提出。這種材料的來源是明膠（由哺乳動物的膠原蛋白水解而成）。因此，精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（RGD）序列和基質金屬蛋白酶（MMP）的靶序列保留在分子鏈上，有助于實現細胞的黏附和材料的降解。此外，GelMA具有良好的成形性能，EFL-GM系列GelMA在可見光照下3-5s快速固化成膠。EFL團隊受邀發(fā)表文章，總結了我們實驗室的各種GelMA打印方法及流程，其中包括GelMA微球、GelMA纖維、GelMA復雜三維結構和GelMA凝膠基微流控芯片的制備。利用EFL-BP66系列的微納尺度打印機，可靈活方便地打印GelMA微球。利用EFL-BP66系列+同軸打印模塊，GelMA纖維在粘性海藻酸鈉的輔助下也可高效制造。利用EFL-BP86系列生物3D打印機可批量打印復雜的水凝膠三維結構。此外，將凝膠水凝膠與傳統的微流控芯片相結合，通過二次交聯的方法可構建基于GelMA凝膠的生物微流控芯片。
論文題為“Protocols of 3D Bioprinting of GelatinMethacryloyl Hydrogel Based Bioinks”在實驗視頻期刊《Journalof Visualized Experiments (JOVE)》發(fā)表，謝明君博士生為一作，賀永教授為通訊作者。為了更好的普及各類GelMA結構的制造，EFL團隊也一并錄制了相關視頻。視頻中GelMA微球制備由謝明君博士演示操作，GelMA纖維制備由邵磊博士演示操作、GelMA復雜三維結構制備由喻康博士及孫元博士演示操作，GelMA凝膠基微流控芯片制備由聶晶博士演示操作。
一、GelMA微球的制備
在制備凝膠微球的過程中，利用外加電場力將GelMA液滴分散。液滴落入接收的硅油中時可保持標準的球形，沒有拖尾。這是因為凝膠滴屬于水相，而硅油屬于油相。在兩相之間形成的表面張力使凝膠滴保持標準的球體形狀。對于載細胞微球，從染色的乳腺癌細胞（MDA-MB-231s）細胞的形態(tài)（圖1）可以發(fā)現，包裹的乳腺癌細胞保持良好的伸展能力，驗證了這種電輔助制備方法的生物相容性。
二、GelMA纖維的制備
在GelMA纖維制備過程中，GelMA和海藻酸鈉溶液分別在同軸噴嘴的內外噴嘴中流動。由于海藻酸鈉比GelMA具有更高的粘度，GelMA在海藻酸鈉溶液中的流動受到限制并保持線形。在光照（405 nm波長）條件下，內部GelMA交聯并形成GelMA纖維（圖2）。骨髓間充質干細胞（BMSCs）被包裹在GelMA纖維中，可以看到，包封的BMSCs在制備過程后保持著良好的伸展能力。
三、GelMA復雜三維結構的制備
DLP打印機以其更高的精度被廣泛應用于3D打印領域。EFL團隊將DLP打印機用于構建形狀更為復雜的GelMA三維結構（圖3），通過計算機輔助設計軟件構建“鼻子”、“耳朵”和“多室”的三維結構模型，并將其導入DLP打印軟件中，構建各類具有復雜形狀的GelMA結構。在構建的GelMA結構的表面上接種人臍靜脈內皮細胞（HUVECs），可發(fā)現附著在凝膠材料上的細胞鋪展。這表明，利用DLP打印機建立具有復雜形狀的GelMA三維結構在生物醫(yī)學領域具有巨大的應用潛力。
四、GelMA凝膠基微流控芯片的制備
傳統的微流控芯片是基于不具有生物降解性能的材料（即樹脂、玻璃、聚二甲基硅氧烷（PDMS）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA））構建的。EFL團隊提出基于二次交聯策略的GelMA凝膠基微流控芯片（圖4）。生物墨水中的兩個組分（GelMA和明膠）相繼交聯，通過按需設計的不同模具制造出具有各種微通道的芯片。同樣的，在構建的流道內表面接種人臍靜脈內皮細胞（HUVECs），可發(fā)現細胞可流入通道并附著在內流道壁上，形成宏觀血管形狀。
文章鏈接：
https://doi.org/10.3791/60545
甲基丙烯酸酐化明膠(GelMA) 已成為生物3D打印中最通用的材料，GelMA最初由Van Den Bulkke等人于2000年提出。這種材料的來源是明膠（由哺乳動物的膠原蛋白水解而成）。因此，精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（RGD）序列和基質金屬蛋白酶（MMP）的靶序列保留在分子鏈上，有助于實現細胞的黏附和材料的降解。此外，GelMA具有良好的成形性能，EFL-GM系列GelMA在可見光照下3-5s快速固化成膠。EFL團隊受邀發(fā)表文章，總結了我們實驗室的各種GelMA打印方法及流程，其中包括GelMA微球、GelMA纖維、GelMA復雜三維結構和GelMA凝膠基微流控芯片的制備。利用EFL-BP66系列的微納尺度打印機，可靈活方便地打印GelMA微球。利用EFL-BP66系列+同軸打印模塊，GelMA纖維在粘性海藻酸鈉的輔助下也可高效制造。利用EFL-BP86系列生物3D打印機可批量打印復雜的水凝膠三維結構。此外，將凝膠水凝膠與傳統的微流控芯片相結合，通過二次交聯的方法可構建基于GelMA凝膠的生物微流控芯片。
論文題為“Protocols of 3D Bioprinting of GelatinMethacryloyl Hydrogel Based Bioinks”在實驗視頻期刊《Journalof Visualized Experiments (JOVE)》發(fā)表，謝明君博士生為一作，賀永教授為通訊作者。為了更好的普及各類GelMA結構的制造，EFL團隊也一并錄制了相關視頻。視頻中GelMA微球制備由謝明君博士演示操作，GelMA纖維制備由邵磊博士演示操作、GelMA復雜三維結構制備由喻康博士及孫元博士演示操作，GelMA凝膠基微流控芯片制備由聶晶博士演示操作。
一、GelMA微球的制備
在制備凝膠微球的過程中，利用外加電場力將GelMA液滴分散。液滴落入接收的硅油中時可保持標準的球形，沒有拖尾。這是因為凝膠滴屬于水相，而硅油屬于油相。在兩相之間形成的表面張力使凝膠滴保持標準的球體形狀。對于載細胞微球，從染色的乳腺癌細胞（MDA-MB-231s）細胞的形態(tài)（圖1）可以發(fā)現，包裹的乳腺癌細胞保持良好的伸展能力，驗證了這種電輔助制備方法的生物相容性。
圖1 GelMA微球的制備(EFL-BP66系列微納尺度打印機打印)
二、GelMA纖維的制備
在GelMA纖維制備過程中，GelMA和海藻酸鈉溶液分別在同軸噴嘴的內外噴嘴中流動。由于海藻酸鈉比GelMA具有更高的粘度，GelMA在海藻酸鈉溶液中的流動受到限制并保持線形。在光照（405 nm波長）條件下，內部GelMA交聯并形成GelMA纖維（圖2）。骨髓間充質干細胞（BMSCs）被包裹在GelMA纖維中，可以看到，包封的BMSCs在制備過程后保持著良好的伸展能力。
圖2 GelMA纖維的制備（EFL-BP6600系列+同軸打印模塊）
三、GelMA復雜三維結構的制備
DLP打印機以其更高的精度被廣泛應用于3D打印領域。EFL團隊將DLP打印機用于構建形狀更為復雜的GelMA三維結構（圖3），通過計算機輔助設計軟件構建“鼻子”、“耳朵”和“多室”的三維結構模型，并將其導入DLP打印軟件中，構建各類具有復雜形狀的GelMA結構。在構建的GelMA結構的表面上接種人臍靜脈內皮細胞（HUVECs），可發(fā)現附著在凝膠材料上的細胞鋪展。這表明，利用DLP打印機建立具有復雜形狀的GelMA三維結構在生物醫(yī)學領域具有巨大的應用潛力。
圖3 GelMA復雜三維結構的制備（EFL-BP86系列生物3D打印機制備）
四、GelMA凝膠基微流控芯片的制備
傳統的微流控芯片是基于不具有生物降解性能的材料（即樹脂、玻璃、聚二甲基硅氧烷（PDMS）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA））構建的。EFL團隊提出基于二次交聯策略的GelMA凝膠基微流控芯片（圖4）。生物墨水中的兩個組分（GelMA和明膠）相繼交聯，通過按需設計的不同模具制造出具有各種微通道的芯片。同樣的，在構建的流道內表面接種人臍靜脈內皮細胞（HUVECs），可發(fā)現細胞可流入通道并附著在內流道壁上，形成宏觀血管形狀。
圖4 GelMA凝膠基微流控芯片的制備
文章鏈接：
https://doi.org/10.3791/60545
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