ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 8
1.1. Методы биопечати 8
1.2. Капельная микрофлюидика 10
1.3. Гидрогели 14
1.4. Синтез гидрогелевых частиц для последующего культивирования клеток на их поверхности 16
1.5. Упаковка клеток в макроэмульсию 18
1.6. Постановка целей и задач исследования 21
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 22
2.1. Оборудование, материалы и реагенты 22
2.2. Изготовление микрофлюидных чипов для формирования
капель 29
2.3. Теоретическое описание генерации капель 33
2.4. Экспериментальная установка 35
2.5. Формирование гидрогелевых микрочастиц 38
2.5.1. GelMA 38
2.5.2. Агароза 42
2.6. Культивирование клеток на поверхности гидрогелевых микрочастиц 44
2.7. Упаковка клеток в макроэмульсию 46
2.8. Наблюдение за культивацией клеток в макроэмульсии в
чипах-коллекторах 50
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 53
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Тема SD-печати тканей и органов актуальна как никогда. Искуственные ткани и органы могут быть использованы не только для восполнения нехватки донорских органов, замещения аномальных или некротических тканей, но и для подбора индивидуальной терапии, клинических тестов, что может существенно сократить тестирование лекарств на животных, а также для фундаментальных исследований клеточных процессов и межклеточного взаимодействия в естественных условиях.
Человеческие органы представляют собой сложные структуры, состоящие из комбинаций различных типов тканей. Клетки этих тканей узко специализированы и сгруппированы вместе для выполнения определенных функций, [1]. Часто клиническое лечение органов ограничено из-за недостатка доступных донорских органов или иммунного отторжения донорской ткани. В поиске альтернатив традиционным стратегиям лечения или замене поврежденных органов тканевая инженерия рассматривается как перспективное решение. SD-печать - это технология быстрого прототипирования и аддитивного производства, используемая для изготовления сложных конструкций с высокой точностью в процессе послойного изготовления.
SD-печать биоактивных систем содержит два типа изготовления каркасов: бесклеточные функциональные каркасы, которые включают биологические компоненты, и загруженные клеткой конструкции. Оба варианта нацелены на производство биосовместимых имплантируемых конструкций для регенерации тканей и органов.
Бесклеточные каркасы, скаффолды, используются в качестве поддерживающей конструкции для биочернил содержащих клетки. Наиболее распространены чернила, в которых клетки смешиваются с гидрогелями, состоящими из макромолекулярного каркаса, придающего свойства твердого тела, и низкомолекулярной среды. Печать может осуществляться с помощью различных техник, таких как выдавливание и образование пузырьков. После печати в скаффолды или на подложку гель полимеризуется химическим или физическим способом, а также при помощи облучения в зависимости от типа геля.
Однако, во всех этих случаях искуственные ткани находятся в контакте с воздухом и требуют дополнительной адаптации к переносу в жидкую среду. Для решения этой задачи были разработаны капельные чернила, в которых жидкие водные капли, содержащие клетки внутри себя, образуются в гидрофобной жидкости. Помимо прочего, капельные чернила обладают таким несомненным преимуществом, как возможность комбинации различных клеток и материалов при печати структур желаемой формы и размеров из неограниченного количества слоев.
Один из варинтов расположения клеток - внутри жидких капель. В этом методе клетки заранее добавляются в жидкую клеточную среду, из которой в дальнейшем будет генерироваться макроэмульсия, представляющая из себя дисперсную систему, образованную из двух и более несмешивающихся жидкостей.
Основные результаты проделанной работы и выводы:
• Разработаны топологии микрофлюидных чипов для формирования макроэмульсии и гидрогелевых микрочастиц требуемых размеров методами капельной микрофлюидики в генераторе эмульсий с фокусировкой потока: диаметром 150-200 мкм для гидрогелевых частиц и 70-100 мкм для капель из жидкой среды, а также чип-коллектор для наблюдения за жизнедеятельностью клеток в одиночных каплях макроэмульсии;
• Методом “мягкой” литографии из полидиметилсилоксана изготовлены экспериментальные образцы чипов для формирования макроэмульсии и полимерных микрочастиц, а также чипов для наблюдения за жизнедеятельностью клеток в одиночных каплях;
• Сформированы сфероиды из термореактивного агарозного биополимера и фотоотверждаемого биополимера GelMA с использованием контроллера давлений и вакуумного насоса, определены тем-пературные условия для генерации. Определены диаметры микрочастиц, доказана высокая монодисперсность микрочастиц, получаемых при помощи метода фокусировки потока как с помощью контроллера давлений, так и вакуумного насоса.
