Stochastic fiber templating for rapid generation of perfusable microchannels via immersed microfluidic spinning method.

چکیده اصلی

The fabrication of biomimetic tubular architectures within hydrogel-based tissue constructs remains a major barrier to advancing scalable tissue engineering and organoid systems. Here, we present a rapid and modular strategy for engineering hollow, perfusable channels within gelatin methacryloyl (GelMA) hydrogels using dissolvable calcium alginate fibers fabricated by an immersed microfluidic spinning method. This approach enables stochastic deposition of sacrificial fibers within a broad range of total construct sizes, creating tortuous and coiled architectures directly within soft hydrogel matrices. Upon UV crosslinking, the alginate fibers are dissolved using a cytocompatible calcium-chelator solution, yielding continuous, open cavities. Across a range of GelMA concentrations, the method produced stable channels compatible with cell-laden constructs. Viability assays with human dermal fibroblasts (HDF) confirmed >90% cell survival in regions adjacent to the channel within the diffusion limit, ranging from 700µm in the softest 5% GelMA to 70µm in the stiffest 15% GelMA, following fabrication and fiber dissolution. Furthermore, epithelial seeding of tortuous channels yielded perfusable structures with tight junctional function, demonstrating the method's potential to generate biologically relevant epithelial architectures. This accessible, equipment-light platform provides a versatile route for integrating microchannel networks into hydrogel systems for regenerative andin vitromodeling applications.

ترجمه فارسی چکیده

تولید معماری‌های لوله‌ای بیومیمتیک در سازه‌های با پایه هیدروژل مانع اصلی پیشرفت مهندسی بافت مقیاس‌پذیر و سیستم‌های اورگانوئید است. در اینجا، یک استراتژی سریع و ماژولار برای مهندسی کانال‌های توخالی و قابل تزریق در هیدروژل‌های گلاتین متاکریلایل (GelMA) با استفاده از فیبرهای آلژینات کلسیم حل‌پذیر که با روش چرخش میکروفلوییدی غوطه‌ور ساخته شده‌اند، ارائه شده است. این رویکرد امکان چیدمان تصادفی فیبرهای قربانی در طیف وسیعی از اندازه‌های کل سازه را فراهم می‌کند و معماری‌های پیچیده و مارپیچی را مستقیماً در ماتریس‌های نرم هیدروژل ایجاد می‌کند. پس از تقویت با اشعه فرابنفش، فیبرهای آلژینات با استفاده از محلول شیمی‌کننده کلسیم سازگار با سلول حل می‌شوند و حفره‌های پیوسته و باز ایجاد می‌کنند. در طیف وسیعی از غلظت‌های GelMA، روش کانال‌های پایداری را تولید کرد که با سازه‌های حاوی سلول سازگار بودند. آزمون‌های زنده‌مانی با فیبروبلاست‌های پوستی انسانی (HDF) >90٪ زنده‌مانی سلول را در مناطق مجاور کانال در محدوده محدودیت نفوذ، از 700µm در نرم‌ترین 5٪ GelMA تا 70µm در سخت‌ترین 15٪ GelMA، پس از ساخت و حل شدن فیبر تأیید کرد. علاوه بر این، کاشت اپیتلیال در کانال‌های پیچیده ساختارهای قابل تزریق با عملکرد پیوند تنگ ایجاد کرد که پتانسیل روش برای تولید معماری‌های اپیتلیال بیولوژیکی مرتبط را نشان داد. این پلتفرم دسترسی‌پذیر و بدون تجهیزات سنگین، مسیر منعطفی برای ادغام شبکه‌های کانال میکرو در سیستم‌های هیدروژل برای کاربردهای بازسازی و مدل‌سازی در vitro ارائه می‌دهد.

متن کامل اصلی