1-­‐Selec'ng  the  molecule   Tool:  protein  data  bank  (free)  

Go  to  protein  data  bank  

Select  your  molecule  then  download  

2-­‐prepare  the  structure  of  the   molecule  to  be  printed  and  create  a   stl  file   Tool:  chimera  (free)  

Dowload  chimera  

Open  the  pdb  file  for  your  molecule  

Here  it  is  

My  sugges'ons   •  Prepare  your  macromolecule  using  «  ribbons  »   or  «  solid  »  render  (I  believe  the  use  of  «  side   chains  »  is  going  to  make  prin'ng  more   difficult)   •  Op'onal:  you  may  want  to  reduce  the   complexity  to  make  prin'ng  of  the   macromolecule  easier  :  see  example  next  slide  

Example   •  MHC  class  I  molecules  structures  usually   contain  3  chains:  A,  B,  C   •  The  most  interes'ng  part  (in  my  case)   comprises  the  an'gen  presen'ng  domains  of   the  molecules  (2/3  of  chain  A)   •  Therefore:   –  1)  I  removed  chains  B  and  C   –  2)  I  kept  aminoacids  1-­‐280  of  chain  A  

Op'onal:  removing  parts   For  this  press  «  select  »  choose  the  chain  to  be  deleted,  then  press  «  Ac'ons  »  and  hide  

To  remove  side  chains,  press  «  Select  »,  choose  the  chain    then  «  Ac'ons  »  and   hide  side  chains  

Final  result  

My  sugges'ons   •  As  it  is,  I  found  the  structure  is  oWen  too  thin   and  is  very  fragile  once  printed   •  I  chose  to  enlarge  the  ribbons   •  See  an  example  next  slide  

Modify  the  render  

Parameters  to  be  changed:  my  choice  

Final  result  

Export  the  molecule  

Choose  stl  file  

3-­‐Fix  problems  of  your  molecule   for  prin'ng   Tool:  NeYabb  (have  to  pay  or  can   request  a  free  trial)   Usually  a  soWware  like  this  is  sold  with   the  3D  printer  

Download  NeYabb  

Fix  problems   •  •  •  • 

Open  your  stl  file   If  green:  eveything  is  perfect   If  some  parts  are  red:  needs  repair   If  the  molecule  is  virtually  all  red:  needs   specific  repair  

Repair:  my  experience   •  For  a  molecule  looking  partly  red:  using   automa'c  repair  always  solved  the  problems   •  For  a  molecule  looking  fully  red:  using  the  tool   «  invert  part  »  solved  all  the  problems   •  See  an  example  from  NeYabb  tutorials  

h]p://www.shapeways.com/tutorials/ how_to_use_meshlab_and_neYabb  

Repair  tool  in  NeYabb  

The  tool  to  repair  minor  problems  

The  tool  to  repair  massive  problems  

AWer  repair…save  using  stl  (ASCII)   format  

4-­‐Final  steps   Tool:  Makerware  (free)  

Download  MakerWare  

Open  your  file  then  click  on  «  move  to   plaYorm  »  

Molecule  on  plaYorm  

Change  the  size  (I  use  «  scale  to  »)  

Result  aWer  scaling  to  200%  

Trick   •  To  save  'me  in  prin'ng  and  make  prin'ng   easier:  change  the  molecule  orienta'on   •  I  always  try  to  orientate  the  molecule  such   that  the  part  in  contact  with  the  plaYorm  is  as   large  and  as  flat  as  possible   •  Examples:  

X  

X  

X  

  √  

PlaYorm  

Use  the  turn  tool  to  orientate  the   molecule  properly      

Export  

My  sugges'on  to  export   •  When  you  click  on  export,  you  need  to  make   several  choices   •  Select  «  RaWs  »  and  «  Support  »:  this  is   necessary  to  build  complex  structures  like   molecules   •  Use  «  Advanced  op'ons  »  and  choose  30  to   50%  «  fill  ».  The  more  complex  the  molecule   the  higher  the  percentage  of  «  fill  »:  this  is  to   avoid  fragility!  

Final  sejngs  

Export   •  Once  «  Export  »  is  ac'vated,  a  file  is   generated  represen'ng  every  single  slice  of   your  molecule   •  Depending  on  the  complexity  or  size,  it  can   last  several  minutes  to  create  the  file   •  I  use  to  save  this  file  on  a  flash  card,  which  can   be  directly  inserted  in  the  MakerBot   Replicator  3  printer   •  Then  PRINT!!!!!!!  

What  I  found  very  important  (part  1)   •  Avoid  to  print  a  macromolecule  full  length.   Instead:  try  to  select  the  most  informa've   part  of  the  molecule  for  prin'ng   •  Enlarge  the  structural  elements  in  Chimera  to   make  the  molecule  more  solid:  thin  parts  are   going  to  be  fragile  and  can  break  during   support  removal  (the  most  cri'cal  part  in  my   view)  

What  I  found  very  important  (part  2)   •  Choose  a  right  size  for  prin'ng  in  MakerWare   (I  used  10-­‐15  cm  for  the  longest  axis)   –  Prin'ng  too  small  can  result  in  poor  resolu'on,   too  big  takes  a  lot  of  'me  and  material  

•  Take  'me  to  choose  the  best  orienta'on  of   the  molecule  on  plaYorm  in  order  to  save   prin'ng  'me,  material  and  facilitate  removal   of  support  material  

Time  considera'ons   •  Find  the  right  molecule  in  PDB<15  minutes   •  Prepare  the  molecule  in  Chimera  (30-­‐60   minutes)   •  Fix  problems  in  NetFabb  (around  15  minutes)   •  Choose  scale,  orienta'on  and  export  in   MakerWare  (around  30-­‐45  minutes)   •  Print:  several  hours  depending  size  and   complexity  (about  6-­‐8  hours  in  my  case)  

3-­‐D  prin'ng  of  macromolecules  of   immunological  interest  for  teaching   purpose   Denis  Hudrisier,  Chris'an  Cenac  &   David  Tsang-­‐Hin-­‐Sun  

I

munologie 2.0

Why?   •  The  structure  of  molecules  some'mes  tells  a   lot  about  their  func'on   •  Hard  to  draw  and  to  explain   •  Nice  3-­‐D  viewing  soWwares  but  not  always   friendly  for  student  usage   •  3-­‐D  prin'ng  is  an  alterna've!  

How?   •  X-­‐ray  data  of  molecules  recovered  from   protein  data  bank h]p://www.rcsb.org/pdb/home/home.do).     •  .stl  file  generated  using  Chimera   h]p://www.cgl.ucsf.edu/chimera/   •  Prin'ng  @  the  FabLab  of  the  Paul  Saba'er   (Makerbot  2  printer)  or  @  the  Ar'lect  FabLab   h]p://store.makerbot.com/replicator2.html)    

Example  #1   •  The  HLA  (human  Leukocyte  An'gen)   molecule:  a  molecule  involved  in  graW   rejec'on   •  Only  the  domains  forming  the  so  called   «  an'gen  binding  groove  »  are  shown  

The  HLA  molecule  on  the  3-­‐D  printer  

The  HLA  molecule  on  the  3-­‐D  printer  

The  HLA  molecule  a6er  removal  of  support  material  

Example  #2   •  The  an'body  molecule  involved  in  an'-­‐ microbial  defense   •  Only  the  domains  forming  the  so-­‐called  «  light   chain  »  are  shown  

Th  ean:body  molecule  on  the  3-­‐D  printer  

The  an:body  molecule  a6er  prin:ng  

The  an:body  molecule  a6er  removal  of  support  materials