複雑で空間的にパターン化された組織工学の足場のマイクロファブリケーションのためのデジタルマイクロミラーデバイスベースのシステム

ポリマー足場内の正確で事前に設計された、空間的にパターン化された生化学的および物理的微小環境を作成する能力は、生体模倣の3次元（3D）培養条件下での前駆細胞の挙動と分化を研究する上で強力なツールを提供できます。超バイオレット光源、デジタルマイクロミラーマスキングデバイス、および従来のコンピュータープロジェクターで構成されるシンプルで高速のレイヤーバイレイヤー微小辞グラフィーシステムを開発しました。単一の足場内の生物学的因子の。光クロスリンク可能なポリ（エチレングリコール）ジクリレートを足場材料として使用し、マウス骨髄由来細胞をフィブロネクチン機能化した足場に正常にカプセル化または播種しました。蛍光標識ポリスチレン微粒子を使用して、このシステムの能力を示して、複雑な内部アーキテクチャと空間パターンを備えた足場を作成しました。正確に制御された細孔サイズと形状は、シンプルでコンピューター支援プロセスを使用して簡単に製造できることを実証します。我々の結果はさらに、同じ層または異なる層にわたって空間的に分布した因子を持つ多層足場を、この手法を使用して効率的に製造できることを示しています。これらのマイクロファブリケートされた足場は、効率的なマトリックス鉱化によって示されるように、骨髄由来の幹細胞の骨形成分化を助長します。

Our ability to create precise, pre-designed, spatially patterned biochemical and physical microenvironments inside polymer scaffolds could provide a powerful tool in studying progenitor cell behavior and differentiation under biomimetic, three-dimensional (3D) culture conditions. We have developed a simple and fast, layer-by-layer microstereolithography system consisting of an ultra-violet light source, a digital micro-mirror masking device, and a conventional computer projector, that allows fabrication of complex internal features along with precise spatial distribution of biological factors inside a single scaffold. Photo-crosslinkable poly(ethylene glycol) diacrylates were used as the scaffold material, and murine bone marrow-derived cells were successfully encapsulated or seeded on fibronectin-functionalized scaffolds. Fluorescently-labeled polystyrene microparticles were used to show the capability of this system to create scaffolds with complex internal architectures and spatial patterns. We demonstrate that precisely controlled pore size and shapes can be easily fabricated using a simple, computer-aided process. Our results further indicate that multi-layered scaffolds with spatially distributed factors in the same layer or across different layers can be efficiently manufactured using this technique. These microfabricated scaffolds are conducive for osteogenic differentiation of marrow-derived stem cells, as indicated by efficient matrix mineralization.