Spatially guided angiogenesis by laser-bioprinting

Abstract

L'ingénierie tissulaire est reconnue comme une méthode potentielle pour réparer ou régénérer les tissus endommagés. Malgré de grandes avancées dans l'ingénierie tissulaire, la réussite de la construction de tissus complexes avec des réseaux vascularisés reste un défi. Dans les modèles d'angiogenèse actuels, les cellules endothéliales sont ensemencées au hasard, n'offrant pas de structure organisée. La technologie de bioimpression par laser offre une résolution d'impression précise. Par cette technique, les structures microvasculaires peuvent être construites pour la fabrication d'organes complexes, ou pour modéliser la progression de la maladie ou les modèles de réponse aux médicaments. Dans cette étude, des techniques de bio-impression au laser ont été utilisées pour étudier le guidage de l'angiogenèse in vitro. Deux techniques basées sur le laser, le transfert direct induit par laser (LIFT) et le transfert latéral induit par laser (LIST) sont utilisées. Comparée à LIFT, la technologie LIST offrait des conditions idéales pour l'impression cellulaire telles que la concentration cellulaire requise pour la formation du tubes endothéliaux et l'uniformité du motif désiré. Nous avons réalisé le modelage de la formation de structures de type capillaire dans des motifs organisés via l'impression LIST. Les constructions de type capillaire formées présentent des motifs uniformes. Les structures formées ont été analysées par microscopie confocale et reconstruction d'images 3D. Bien que le développement de la lumière endothéliale soit incomplet, la technique développée possède le potentiel d'atteindre une stabilisation et un développement de la lumière si l'on recrute un deuxième type de cellule tel que les fibroblastes ou les péricytes.

Tissue engineering has been well acknowledged as a potential method to repair or regenerate damaged tissues in the human body, fulfilling the limitations and shortage in autologous and organ transplantations. Despite great advances in engineering tissues with simple geometry and low requirement for oxygen and blood supply such as cartilage, skin and cornea, success in constructing 3D complex tissues with vascularized networks remains a major challenge. Angiogenesis plays an important role in vascular development in vivo. In current angiogenesis models, endothelial cells are seeded randomly not offering precise and desired patterning. Laser-based bioprinting technology offers precise and high cell printing resolution. By using laser-based bioprinting technology, microvascular structures can be constructed as a platform for complex organ fabrication, disease progression and drug response models. In this study, laser-based bioprinting techniques are employed to study angiogenesis guidance in vitro by patterning endothelial cells. Two laser-based techniques, Laser-Induced Forward Transfer (LIFT) and Laser-Induced Side Transfer (LIST) are used as patterning tools. Compared to LIFT, LIST technology provided ideal conditions for cell printing such as required cell concentration for endothelial tube formation and pattern uniformity. In this study, we achieved the guidance of capillary-like structure formation in desired patterns via LIST printing. The formed capillary-like constructs featured precise patterns and uniformity. The structures were analyzed by confocal microscopy, 3D image reconstruction and frozen section procedure. Though lumen development was incomplete, it possesses the potential to attain further stabilization and lumen development if recruiting a second cell type such as fibroblast or pericyte.