والهدف من هذا البروتوكول هو مباشرة بيولوجيا خلايا الثدي الظهارية كما الزاوي المتعددة الخلايا على شبكات البطانية شكلت قبل لإنشاء بسرعة 3D الثدي endothelial نماذج الثقافة المشتركة التي يمكن استخدامها لدراسات فحص المخدرات.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
والهدف من هذا البروتوكول هو مباشرة بيولوجيا خلايا الثدي الظهارية كما الزاوي المتعددة الخلايا على شبكات البطانية شكلت قبل لإنشاء بسرعة 3D الثدي endothelial نماذج الثقافة المشتركة التي يمكن استخدامها لدراسات فحص المخدرات.
تظهر الطباعة البيولوجية كأداة واعدة لاختلاق نماذج سرطان الإنسان ثلاثية الأبعاد التي تختبأ بشكل أفضل السمات المميزة الحرجة في هندسة الأنسجة الحية. في طبقة الحالية طبقة بطباعة بيولوجية، يتم بثق الخلايا الفردية في bioink جنبا إلى جنب مع الإشارات المكانية والزمانية المعقدة لتعزيز الأنسجة الهرمية التجميع الذاتي. ومع ذلك، تعتمد تقنية المعالجة البيولوجية هذه على التفاعلات المعقدة بين الخلايا والبيوinkز والإشارات الكيميائية الحيوية والفيزيائية الحيوية. وهكذا، قد يستغرق التجميع الذاتي أيامًا أو حتى أسابيع، وقد يتطلب وجود بيوينكس معينًا، وقد لا يحدث دائمًا عندما يكون هناك أكثر من نوع خلية واحد. لذلك قمنا بتطوير تقنية لطباعة مباشرة بيولوجى قبل تشكيل 3D ظهارة الثدي الظهارية في مجموعة متنوعة من bioinks. Bioprinted قبل تشكيلها 3D ظهارة الثدي الظهارية 19999 19909 الحفاظ على حيوية والهندسة المعمارية المستقطبة بعد الطباعة. بالإضافة إلى ذلك قمنا بطباعة الـ 3D spheroids على شبكات الخلايا البطانية الوعائية لإنشاء نموذج مشترك للثقافة. وهكذا، فإن تقنية الطباعة البيولوجية الجديدة تخلق بسرعة نموذج الثدي البشري ثلاثي الأبعاد ذي الصلة من الناحية الفسيولوجية بتكلفة أقل وبمرونة أعلى من تقنيات الطباعة البيولوجية التقليدية. ويمكن استقراء هذه التقنية متعددة الاستعمالات البيولوجية لإنشاء نماذج 3D من الأنسجة الأخرى في bioinks إضافية.
3D في النماذج في المختبر الأوعية الدموية هي أدوات أساسية للدراسة الميكانيكية لنمو السرطان والانبثاث. لسرطان الثدي على وجه الخصوص، خلايا الثدي الظهارية المستزرعة في Matrigel تنظيم في spheroids المستقطبة التي تشبه بشكل أوثق في في هندسة الأمومة في1،2،3،4،5،6،7،8. 3D الثدي ظهارية الخلية الثقافة يؤثر أيضا على وظيفة الخلية, مع الثقافات 3D تظهر الاختلافات في عامل النمو البشرة (EGF) مستقبلات التشكيل8,9; وظيفة oncogene، بما في ذلك ErbB210؛ النمو و المبرمجات signaling11,12; و علاج كيميائي المقاومة13,14. الخلايا البطانية الوعائية بالمثل تستجيب بشكل مختلف للمحفزات البيئية في 3D مقابل الثقافة التقليدية 2D15,16,17,18. ومع ذلك ، فإن الكثير من فهم التفاعلات الظهارية البطانية والثدي تأتي من 2D باستخدام المتوسطة أو إدراج ترانسويل ، أو نماذج ثلاثية الأبعاد التي يتم فصلها في نوعين من الخلايا جسديا19،20،21،22،23. هذه النماذج المشتركة في الثقافة توفر رؤية فسيولوجية محدودة، منذ كل من الثقافة 3D والاتصال الخلية هي حاسمة لالأوعية البطانية – الثدي التفاعلات خلية الظهارية24,25,26.
وقد تم تصنيع نماذج السرطان 3D باستخدام مجموعة متنوعة من التقنيات، بما في ذلك شنقا قطرة تشكيل spheroid، والطباعة الحيوية، والتجمع المغناطيسي، والثقافة داخل الهيدروجيل أو على السقالات هندسيا5،27،28،29. في الآونة الأخيرة، تم إنشاء نماذج الورم 3D مع أنواع الخلايا المتعددة مرتبة في هياكلها 3D. في مثال واحد من منصة ورم على رقاقة، السرطان، البطانية، والخلايا السترومال اختلطت في مصفوفة ومن ثم حقنها في غرف الأنسجة المركزية الثلاث في جهاز بوليديميثيلسيلوكسيان (PDMS). كانت غرف الأنسجة تحدها قناتان خارجيتان تمثلان شريانًا وناجولًا. بعد 5-7 أيام من الثقافة، شكلت الخلايا البطانية شبكة الأوعية الدموية الدقيقة وتكاثرت الخلايا السرطانية لتشكيل أورام صغيرة بالقرب من الأوعية الدموية. ثم تم استخدام هذه المنصة لفحص المخدرات وتركيبات المخدرات30. وقد تم إنشاء منصات إضافية للورم على رقاقة لدراسة الانبثاث وأنواع السرطان مع المحفزات الميكانيكية محددة (على سبيل المثال، سلالة ميكانيكية في الرئة)31،32. ومع ذلك، فإن هذه المنصات عموما لا تشمل كلا من الأوعية الدموية والسرطان في هياكلها 3D.
يظهر Biofabrication وعدًا كبيرًا في تقدم نماذج الأورام ثلاثية الأبعاد في الأوعية الدموية ، لأنها تمكن من التحكم المكاني المحكم في موقع الخلية. على الرغم من نمو الطباعة البيولوجية على مدى العقد الماضي، تركز دراسات قليلة على الأورامتحديدا 33،34. في أحد الأمثلة، تم استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لخلايا HeLa في هيدروجيل الجيلاتين/ألجينات/الفيبرينوجين لإنشاء نموذج لسرطان عنق الرحم في المختبر. كانت الخلايا السرطانية مطبوعة بيولوجياً كخلايا فردية ثم سمح لها بتشكيل spheroids ، والتي أظهرت معدل انتشار أعلى ، وزيادة تعبير مصفوفة metalloproteinase ، وsemoresistance أعلى من الخلايا في ثقافة 2D35. في هذه الدراسات، كما في كثير من الآخرين36،37، تم طباعة التعليقات الخلية المنفصلة بيولوجيا، ومن ثم تم تزويد الثقافات الخلية مع العظة الميكانيكية والبيوكيميائية اللازمة لتمكين الخلايا لتشكيل هيكل 3D. ومع ذلك، قد يستغرق التجميع الذاتي الخلوي أيامًا أو أسابيع، وقد يتطلب إشارات بيئية مكانية وزمنية معقدة، أو قد لا يحدث عندما يكون نوعان من الخلايا مُزَمَّقَين. على سبيل المثال، خلايا الثدي الظهارية الناجمة موت الخلايا في الخلايا البطانية في 2D المشتركة في الثقافة، والخلايا الظهارية الثدي تفكك لم تشكل 3D spheroids عندما مطبوعة بيولوجيا في الهيدروجين / الجيلاتينhydrogels 38. فصل الثدي الظهارية أو الخلايا السرطانية شكلت spheroids في bioinks alginate القائمة فقط عندما تتشابك في قوالب PDMS دائرية. في حالات أخرى، تم تشكيل spheroids باستخدام قطرات معلقة في مرفق منخفضة جدا لوحات الآبار الدائرية ثم مختلطة في bioinks alginate القائمة39،40.
نحن الآن وصف بديل 3D الأنسجة البيولوجية طريقة في هذا البروتوكول. بدلا من البذور تفكك الخلايا والانتظار لهذه الخلايا لتشكيل هياكل 3D، ونحن وصف كيفية إنشاء و bioprint 3D الورم spheroids على شبكة أنبوب الأوعية الدموية لإنشاء نموذج الورم الثقافة المشتركة التي يمكن استخدامها على الفور تقريبا. يمكن زراعة الوريث الورمي في المختبر أو مشتق من الأنسجة البشرية (العضويات). وبالمثل، يمكن زراعة أنابيب الأوعية الدموية أو يمكن أن تستمد من شظايا الأنسجة الدهنية الدقيقة الأوعية الدموية. يمكن أن تتراوح Bioinks من ألجينات غير نشطة بيولوجيا إلى ماتريجل41نشطة بيولوجيا للغاية . منذ هذا الورم 3D المشتركة في الثقافة نموذج يمكن إنشاؤها مع مجموعة متنوعة من هياكل الخلايا وbioinks، فإنه يمكن أن تتضمن أنواع الخلايا المتعددة، المصفوفات خارج الخلية، وتدرجات chemokine15،42. وفي حين أنه لا يمكن في صياغته الحالية أن تكون شبكات البطانية مُطعّمة، فإن التكرارات المستقبلية يمكن أن تدمج هذه الطريقة مع أنظمة الـ microfluids أو الأنظمة على الشريحة. Bioprinting 3D ظهارة الثدي الظهارية على شبكات الضمان تمكن biofabrication السريع من نماذج الثدي البشري لاختبار المخدرات و الطب الدقيق شخصية27.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
1. الثدي نمو الخلايا الظهارية وملايس وسائل الإعلام
2. الثدي الظهارية الخلية ثقافة
3. الثدي تكوين الظهارية
4. تشكيل شبكة الخلايا endothelial
5. bioprinting الثدي الظهارية spheroids على شبكات HUVEC شكلت مسبقا
ملاحظة: ينبغي استخدام نظام ترسب أحيائي مزدوج الفوهة لعملية المعالجة البيولوجية. في هذه الحالة، كان لدى النظام ثلاثة أذرع للحركة للسماح بالتحكم المكاني على نطاق ميكرون في ترسب المواد بالإضافة إلى محركين مُحركين من أجل إيداع بيوينك من 10 مَقنَنَعٍ 10 مل. وينبغي أن يكون هذا النظام وظيفيا مع نظام تصفية الهواء الجسيمات عالية الكفاءة، فضلا عن قدرات الأشعة فوق البنفسجية التعقيم للحفاظ على بيئة معقمة أثناء الطباعة الحيوية. الطابعة الحيوية هي الأشعة فوق البنفسجية تعقيم لمدة ساعة قبل عملية الطباعة.
6. المجهر الكونكوكل
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يجب أن خلايا الثدي الظهارية الذاتي تنظيم في 3D spheroids بعد 5-8 أيام من الثقافة على حل مصفوفة وفي ثقافة المتوسطة مع 2٪ حل مصفوفة. غير ورم MCF10A ظهار الثدي الطفو يجب أن تظهر جولة ولها مركز أجوف، مع α6 integrin الاستقطاب إلى الحافة الخارجية للpheroid(الشكل 1، inset يظهر مراكز جوفاء). تتشكل الخلايا الظهارية لسرطان الثدي من خلايا ظهارية غير منتظمة. يجب استخدام الـ Spheroids عندما تكون قطرها حوالي 100 – 300 ميكرومتر. عندما تصبح الـ spheroids كبيرة جداً وتقترب من بعضها البعض، سوف تنضم الـ sphero...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
هذا البروتوكول هو الأول من نوعه لـ bioprint spheroids في هندستها المعمارية ثلاثية الأبعاد من أجل المشاركة في الثقافة مع الخلايا البطانية أيضًا في هندستها ثلاثية الأبعاد. وتشمل خطوات البروتوكول الحاسمة التكوين الأولي لبشرة الثدي الظهارية وشبكات HUVEC. يجب توخي الحذر الشديد في تغذية الظهارية الثدي spheroids، كما أنها تعطلت بسهولة من حل مصفوفة. وبالمثل، يجب أن يعامل الظهارة الصدرية spheroids بعناية عندما تكون pipetted قبالة حل مصفوفة ومختلطة في الشبكات. وينبغي ألا تكون شبكات HUVEC مطلية بدرجة عالية جدا من الكثافة أو تترك لأ...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ليس لدى أصحاب البلاغ ما يكشفون عنه.
تم تمويل هذا البحث من قبل المعاهد القومية للصحة 1R01HL140239-01 إلى AMC. نود أن نشكر مركز التصوير الخلوي في جامعة دريكسل.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| 37 درجة ؛ حاضنة C ، 5٪ CO2 و 95٪ رطوبة | Sanyo | MCO-20AIC | حضانة خلية |
| طابعة ثلاثية الأبعاد | حيوية حسب الطلب | لا شيء | تستخدم للطباعة الحيوية |
| غرفة 8 آبار | VWR ، Radnor ، PA | 53106-306 | لبذر الأكروية |
| إبرة قياس 25 | سيجما ، سانت لويس ، ميزوري | Z192406-100EA | إبرة حقنة الطباعة الحيوية |
| الإيثانول المطلق (200 برهان) | سيجما، سانت لويس ، MO | E7023-500ML | إعادة تركيب مكونات الوسائط |
| Affinipure F (ab ′)2 جزء من الماعز المضاد للفأر IgG | Jackson ImmunoResearch ، ويست جروف ، بنسلفانيا | 115006020 | كتلة ثانوية - التألق المناعي |
| Alexa Fluor 488 (1: 200) | Thermo Fisher ، Waltham ، MA | A-11006 | Seconday الأجسام المضادة - التألق المناعي |
| الأنسولين البقري | سيجما ، سانت لويس ، ميزوري | I-035-0.5ML | MCF10A المضافة الإعلامية |
| ألبومين مصل البقر (BSA) | سيجما ، سانت لويس ، ميزوري | A2153-500G | عامل حجب - التألق المناعي |
| فالكون 70 & مايكرو ؛ م مصفاة الخلية | Corning، Corning، NY | 352350 | إزالة الكرويات الكبيرة أو العنقودية |
| CellTracker & trade ؛ Red CMTPX Dye | Thermo Fisher ، Waltham ، MA | C34552 | بقعة مسبقة لأنابيب HUVEC |
| أجهزة طرد مركزي مدمجة | Hermle- Labnet ، Edison ، NJ | Z206A | لأجهزة الطرد المركزي للخلايا |
| Cholera Toxin | Sigma ، St.Louis ، MO | C8052-.5MG | MCF10A الأنابيب المخروطية المضافة للوسائط |
| 15 مل | VWR ، Radnor ، PA | 62406-200 | جمع وتعليق الخلايا |
| الكونتيسة II-FL عداد الخلايا | Thermo Fisher ، Waltham ، MA | AMQAF1000 | خلايا العد |
| الماصات الزجاجية (10 مل) | VWR ، Radnor ، PA | 76184-746 | إعادة تعليق الخلية |
| DMEM F: 12 | Thermo Fisher ، Waltham ، MA | 11320033 | MCF10A الوسائط القاعدية |
| DMEM 1X | VWR ، Radnor ، PA | 10-014-CV | MDA-MB-231 الوسائط القاعدية |
| البطانية القاعدية المتوسطة -2 (EBM-2) | لونزا ، دورهام ، NC | CC-3156 | HUVEC الوسائط القاعدية |
| وسط النمو البطاني -2 (EGM-2) | لونزا ، دورهام ، نورث كارولاينا | CC-3162 | مصحوبة بمجموعة نشرة (تحتوي على عوامل النمو) |
| Alexa Fluor & trade ؛ 488 Phalloidin | Thermo Fisher ، Waltham ، MA | وضع العلامات MDA-MB-231 spheroids | |
| مصل الأبقار الجنيني | Cytiva ، Logan ، UT | SH30071.03 | HUVEC / MDA-MB-231 مادة مضافة |
| مصل الماعز | Thermo Fisher ، Waltham ، MA | 16210064 | مكون وضع العلامات على التألق المناعي |
| Glycine | Sigma ، St.Louis ، MO | G8898-500G | مكون عازلة التألق المناعي |
| Hoescht 33342 | Thermo Fisher ، Waltham ، MA | 62249 | Nuclei صبغة التألق المناعي |
| مصل الحصان | Thermo Fisher ، Waltham ، MA | 16050130 | MCF10A مضافات وسائط |
| هيدروكورتيزون | سيجما ، سانت لويس ، ميزوري | H0888-5G | MCF10A المضافة للوسائط |
| للوريد السري البشري (HUVECs) | تطبيقات الخلايا ، سان دييغو ، كاليفورنيا | 200-05f | خطوط الخلايا البطانية |
| Integrin & alpha ؛ 6 | Millipore ، Billerica ، MA | MAB1378 | مكون وضع العلامات الكروية المناعي |
| Live Dead | Thermo Fisher ، Waltham ، MA | L3224 | مقايسة بقعة الخلايا الحية والميتة لبقاء الخلية |
| LSM 700 مجهر متحد البؤر | Zeiss ، Thornwood ، NY | يستخدم لتصور الخلايا | |
| Matrigel - عامل النمو المخفض 10 مجم / مل | VWR ، Radnor ، PA | 354230 | Spheroid تكوين |
| خلايا MCF10A | ATCC | CRL-10317 | خلايا |
| MDA-MB-231 | خلايا ATCC | HTB-26 | خط خلايا |
| الثدي بارافورمالديهايد | سيجما ، سانت لويس ، ميزوري | 158127-500G | بنسلين وثقب الخلية |
| الستربتومايسين | ثيرمو فيشر ، والثام ، ماساتشوستس | 15140122 | MCF10A / MDA-MB-231 / HUVEC مضافات وسائط |
| الفوسفات المخزنة سالين 1X (PBS) | ثيرمو فيشر ، والثام ، ماساتشوستس | 7001106 | غسل العازلة للخلايا قبل التربسين |
| محلول ملحي للفوسفات عازلة 10X | ثيرمو فيشر ، والثام ، ماساتشوستس | AM9625 | مكون عازلة التألق المناعي |
| إطالة الذهب المضاد للبهتان | ثيرمو فيشر ، والثام ، MA | P36934 | متوسط التألق المناعي |
| عامل نمو البشرة البشرية المؤتلف ، EGF | Peprotech ، روكي هيل ، نيوجيرسي | AF-100-15 | MCF10A / مكون وسائط |
| الفحص أزيد الصوديوم | سيجما ، سانت لويس ، ميزوري | S2002-25G | مكون عازلة للتألق المناعي |
| حقنة معقمة (10 مل) | VWR ، Radnor ، PA | 75846-757 | عملية الطباعة الحيوية |
| طبق زراعة الأنسجة (10 سم) | VWR ، Radnor ، PA | 25382-166 | ثقافة الخلايا أحادية الطبقة |
| Triton X-100 | Sigma ، سانت لويس ، ميزوري | T8787-250ML | مكون عازلة التألق المناعي |
| Trypan blue 0.4٪ | Thermo Fisher ، Waltham ، MA | 15250061 | مضاد للخلايا |
| Trypsin-EDTA 0.05٪ | Thermo Fisher ، Waltham ، MA | 25300054 | انفصال الخلايا |
| Tween -20 | Thermo Fisher ، Waltham ، MA | 85113 | مكون عازلة التألق المناعي |
| عامل النمو البطاني الوعائي (VEGF165< / فرعي >) | Peprotech ، روكي هيل ، نيوجيرسي | 100-20 | HUVEC أنبوب مضاف |
| Volocity 6.3 برنامج تصوير الخلايا | PerkinElmer ، Hopkinton ، MA | Z ضاغط مكدس |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.