Ingenieurwesen Fibrin-basierten Tissue Konstrukte von Myofibroblasten und Anwendung von Constraints und abseihen to Cell und Collagen (Re) Organisation Induce

Summary

Dieses Modell geht von einem System myofibroblast besiedelten Fibringel, die verwendet werden, um die endogene Kollagen (Re-) Organisation in Echtzeit in einer zerstörungsfreien Weise studieren kann. Das Modell ist sehr abstimmbaren, wenn er auf verschiedene Zellquellen Medium Zusatzstoffe verwendet werden, und kann leicht an spezifische Anforderungen angepasst werden.

Abstract

Collagen Inhalt und Organisation bei der Entwicklung kollagenen Gewebe kann durch lokale Stämme Gewebe und Gewebe Einschränkung beeinflusst werden. Tissue-Ingenieure sind bestrebt, diese Prinzipien zu verwenden, um Gewebe mit vordefinierten Kollagen Architekturen erstellen. Ein vollständiges Verständnis der zugrunde liegenden Prozesse genauen Umbau von Kollagen, um die endgültige Architektur Gewebe steuern, jedoch fehlen. Insbesondere ist über die (Re-) Ausrichtung der Kollagenfasern in Reaktion auf Veränderungen im Gewebe mechanischen Beanspruchungen bekannt. Wir entwickelten ein in vitro-Modell, bestehend aus biaxial eingeschränkten myofibroblast ausgesät Fibrin-Konstrukte, die weitere Aufklärung Kollagen (re) Orientierung in Reaktion auf i) Rückgriff auf zweiachsigen einachsigen statischen Lastbedingungen und ii) zyklische einachsige Belastung des biaxial eingeschränkt Konstrukte vor und nach einer Änderung der Belastungsrichtung, unter Verwendung des Flexcell FX4000T Ladevorrichtung. Zeitraffer-konfokale Bildgebung verwendet wird, um visualize Kollagen (re) Orientierung in einer zerstörungsfrei.

Zell-und Kollagen-Organisation in den Konstrukten können in Echtzeit visualisiert und eine interne Referenz-System ermöglicht es uns, Zellen und Kollagen-Strukturen für Zeitraffer-Analyse zu verlagern. Verschiedene Aspekte des Modells kann eingestellt werden, wie Zellquelle oder Verwendung von gesunden und kranken Zellen. Additive können zur weiteren aufzuklären zugrunde liegenden Kollagen Umbau werden, zum Beispiel durch Zugabe von MMPs oder Sperrung Integrine. Form und Größe des Konstrukts kann leicht an spezifische Bedürfnisse angepasst werden, was zu einer sehr abstimmbaren Modellsystem zur Zelle und Kollagen (Re-) Organisation zu studieren.

Introduction

Herz-Kreislauf-Gewebe haben einen prominenten tragende Funktion. Insbesondere werden Inhalte und Organisation der Kollagenfasern in der extrazellulären Matrix zu den tragenden Eigenschaften beitragen und dominieren insgesamt Gewebefestigkeit ^1. In Tissue Engineering mechanische Konditionierung des Konstrukts verwendet wird - in der Regel bestehend aus (zyklisch) belasten Regimen - um Gewebe Organisation und mechanischen Eigenschaften ^2,3 verbessern. Volles Verständnis von Stamm-induzierte Kollagen Organisation in komplexen Geometrien Gewebe zu Gewebe mit vordefinierten Kollagen Architektur zu schaffen, hat noch nicht erreicht worden. Dies ist vor allem aufgrund unseres begrenzten Wissens von Kollagen Umbau in entwickelnde Gewebe. Bestehende Modelle vor allem Aufschluss über die endgültige Nettoergebnis von Kollagen Umbau mit der Nutzung der statischen Belastung ^4-6. Hier bieten wir eine sehr abstimmbaren Modellsystem, das die Studie von Kollagen (Re-) Organisation ermöglicht in einer Echtzeit-Mode, in 3D, unter dem Einflussstatische oder zyklische Belastung. Die Gewebe Konstrukte sind Fibrin-basierte, sicherzustellen, dass alle Kollagen in dem Konstrukt endogenen ist. Zell-und Kollagen-Organisation in den Konstrukten wird visualisiert, und eine interne Referenz-System ermöglicht es uns, Zellen und Kollagen-Strukturen für Zeitraffer-Analyse zu verlagern. In diesem Protokoll werden wir beschreiben die Verwendung des Modells für humane Vena Saphena Cells (HVSCs), da diese Zellen für ihre erhöhte extrazelluläre Matrix-Produktion und die Fähigkeit, die Matrix und unseren etablierten Einsatz in engineered kardiovaskulärem Gewebe ⁷ renovieren, sind bekannt auf der Arbeit von de Jonge et al. ⁸

Protocol

1. Kultur der Menschenrechte Vena Saphena Cells

1. Isolieren von Zellen, die Vena saphena magna, von einem Spender gemäß den Richtlinien für die Weiterverwendung Material erfasst, gemäß dem Protokoll von Schnell et al. ⁹ und speichert diese in flüssigem Stickstoff. Aus dem Teil der Vena saphena magna von einem Spender-Zuschnitte von 2 x 2 mm zur Kultur in einem Sechs-Well-Platte. Verwenden Sie 2 Stück pro Vertiefung. Im Allgemeinen genügend Zellen erhalten werden, um etwa 3 Ampullen mit 0,25 x 10 ⁶ Zellen in flüssigem Stickstoff zu füllen. HVSCs als Myofibroblasten gekennzeichnet, durch die die Expression von Vimentin, keine Expression von Desmin und eine Subpopulation exprimieren α Glattmuskelaktin ^10. Weiter starten Sie das Protokoll, um die Zellen aus dem flüssigen Stickstoff aufgetaut, um die Anzahl der Zellen zu erhöhen.
2. Legen Sie die Zellen aus einem Fläschchen in eine T75 Zellkulturflasche und fügen Wachstumsmedium (GM), bestehend aus Erweiterte DMEM, 50 ml fötalem Rinderserum (FBS), 5 ml Penicillin /Streptomycin und 5 ml L-Glutamax. Ändern Medium alle 2-3 Tage.
3. Zellen wachsen etwa nach 14 Tagen konfluent. Shop 0,5 x 10 ⁶ Zellen in einem Fläschchen in flüssigem Stickstoff, die als Durchgang 1.

Hinweis: Das Einfrieren der Zellen ist nicht notwendig, wenn die Ernte HVSCs, ist aber ausschließlich für die Lagerung verwendet.

4. Legen Sie die HVSCs aus einem Fläschchen in eine T175 Zellkulturflasche und fügen GM. Ändern Medium alle 2-3 Tage. Zellen wachsen nach ca. 7 Tage konfluent. Shop 3 x 10 ⁶ Zellen in einem Fläschchen in flüssigem Stickstoff, die so genannte Passage 2.
5. Legen Sie die Zellen aus einem Fläschchen in eine rollerbottle und fügen GM. Ändern Medium alle 2-3 Tage. Zellen wachsen etwa nach 8 Tagen konfluent. Eine rollerbottle enthält etwa 20-30 x 10 ⁶ Zellen. Kultur-Zellen bis zu Kanal 6. Verwenden Sie keine Zellen einer Passage über Kanal 9, da Zellphänotyp ändern kann.

2. Engineering Fibrin-basierten Tissue Konstrukte

1. Bereiten Silikonkleber durch Mischen des Elastomers mit dem Härter (10:1). Cut 7 x 3 mm rechteckige Segmente Klettverschluss. Kleben Sie das Klettband in einem 6-Loch-Zellkulturplatten mit flexiblen Membranen, eine Flanke zu bilden und einen eckigen Raum von 3 mm zwischen den Klettbändern verlassen.

Hinweise: Verwenden Sie nur die weiche Seite des Velcro und das Gesicht dieser Seite nach oben. Beim Verkleben der Klettverschluss, decken nur den Klettverschluss mit Silikon kleben, kleben nicht im ganzen gut verteilt. Da die Kultur Platten Siliconmembran Böden haben, verwenden Sie etwas unterhalb des Well-Platte zur Verstärkung der flexiblen Membranen, leicht zu kleben, um die Platte zu gewährleisten.

2. Trocknen der Silikonkleber über Nacht in einem Ofen bei 60 ° C, um Härtung des Klebers zu erreichen. Sterilisieren durch Zugabe von 70% EtOH in die Vertiefungen und Inkubation für 30 min. Spülen 3x mit PBS und entfernen Sie alle PBS aus der wells und der Klettverschluss. Setzen Sie unter UV für 30 min und bis zur Verwendung steril zu halten.
3. Bereiten Tissue Engineering Medium (TM), bestehend aus GM und 130 mg L-Ascorbinsäure-2-Phosphat.
4. 1 mg / ml ε-Aminocapronsäure (ACA) an die TM. ACA ist für den ersten 7 Tagen der Kultur verwendet, um das Fibrin aus erniedrigender ¹¹ zu verhindern. Alternativ kann Aprotinin verwendet werden.
5. Um Klumpenbildung zu verhindern, erlauben Fibrinogen auf Raumtemperatur vor dem Öffnen zu erreichen. Ohne Klumpen Fibrinogen wird leichter aufzulösen. Lösen Fibrinogen in einer Konzentration von 10 mg tatsächlichen Protein / ml TM ⁷ mit ACA ergänzt. Sterilfilter der Fibrinogen-Lösung, vielleicht mehrere Filter benötigt werden. Lagern auf Eis bis zum Gebrauch.

Hinweis: Um Fibrinogen vorsichtig mischen auflösen zu viel Schaumbildung verhindern.

6. Lösen Thrombin in einer Konzentration von 10 IU / ml TM ⁷ mit ACA ergänzt. Lagern auf Eis bis zum Gebrauch.

Hinweis: Lagerung auf Eis benötigt wird, um früh Gelierung von Thrombin und Fibrinogen zu verhindern.

7. Trypsinize die Zellen, in GM und zählen erneut zu suspendieren.
8. Mit 15 x 10 ⁶ Zellen / ml für die Aussaat die Fibrin-basierten Gewebe Konstrukte (Konzentration auf Methoden für das Tissue Engineering Herzklappen ⁷ basiert). Eine einzelne Gel besteht aus 100 ul gof el und damit von 1,5 x 10 ⁶ Zellen. Setzen 1,5 x 10 ⁶ Zellen in einem Zentrifugenröhrchen, was in vielen Zentrifugenröhrchen wie die Anzahl der Gele, die vorgenommen werden.
9. Zentrifugieren Sie die Zellen bei 350 xg für 7 min und den Überstand verwerfen. Die Zellen in 50 ul Thrombin. In 4 ul blau fluoreszierenden Polystyrol-Mikrokugeln zu dieser Suspension. Setzen Sie 50 ul von Fibrinogen in einem Fläschchen. Verwenden Sie eine Pipette zur Aufnahme der 50 ul Thrombin mit Zellen. Erhöhen Sie die Lautstärke der Pipette zu 100 ul. Pipettieren Sie die 50 ul Lösung von Thrombin mitZellen in das Fläschchen mit Fibrinogen zu mischen die Thrombin und Fibrinogen, und nehmen die 100 ul Mischung.

Hinweis: Das fluoreszierende Polystyrol-Mikrokügelchen als interne Referenz-Markierungen zur Bildanalyse verwendet wird. Beim Mischen von Thrombin und Fibrinogen, verhindern die Bildung von Luftblasen durch vorsichtiges Pipettieren der Mischung. Luftblasen in Löcher im Fibringel führen.

10. Pipettieren Sie die Gel-Gemisch in und zwischen den Klettbändern. Die typische Gelierzeit für die Fibrin-Gelen, wenn die Komponenten gemischt werden, ist in der Größenordnung von 20 Sekunden.

Anmerkungen: Tun Sie dies so schnell wie möglich, um die Gelierung zu verhindern, bevor die Mischung in der Well-Platte pipettiert. Üben Sie vor Verwendung von Zellen und Perlen.

11. Inkubieren Suspensionen für 30 min bei 37 ° C in einer befeuchteten 95% Luft / 5% CO _2-Inkubator, um die Gelierung bevor Kultur TM mit ACA ermöglichen.
12. Ersetzen TM mit ACA alle 2-3 Tage für die ersten 7 Tage. Gele sind stabil genug, nach einer Woche ohne ACA kultiviert werden. Nach der ersten Woche ersetzen TM alle 2-3 Tage. In 6 ml TM pro Vertiefung. Am Tag 12 Zellen haben genügend Kollagen zur Visualisierung erzeugt.

3. Anwenden von Stamm und Inducing Änderungen in Stamm und Constraints

1. Statische Belastung wird von den Zellen direkt durch Zellen Traktion und Verdichtung ¹² angelegt. Um Kollagen Reorganisation zu induzieren, schneiden das Gewebe konstruieren lose aus zwei Klettbändern in eine Richtung. Dies führt zu Einschränkungen unidirektionalen (1A). Führen Sie diese am Tag 12, da das Konstrukt dann stabil genug und Kollagen abgelagert worden.
2. Anwenden zyklischen Beanspruchung durch Anlegen eines Vakuums an die Unterseite der Kulturplatten mit flexiblen Membranen unter Verwendung der Flexcell FX4000T System. Legen Sie die Platten auf einer Grundplatte, auf der Oberseite des Ladens Beiträge (die sind ein Teil der the zyklischer Belastung Gerät). Die Pumpe gilt ein Vakuum auf die Membran und damit zieht die Membran über dem rechteckigen Beitrag darunterliegenden. Durch die kreuzförmige Anhängen des Gewebes konstruiert, um die Membran (über den Klettverschluss) und die rechteckigen Beitrag die angelegte Spannung zyklisch uniaxial (1B).
3. Zunächst verwenden statischer Kultur für 5 Tage zu anfänglichen mechanischen Integrität zu erreichen, vor dem Aufbringen der zyklischen Belastung beginnend am 6. Tag. Programm ein cyclisches Fleck Protokoll in der Steuerung für die Vakuumpumpe. Zum Beispiel mit einem vorher festgelegten intermittierenden zyklischen Belastung Protokoll, mit einachsigen Richtung ^13. Diese besteht aus einer intermittierenden Dehnung einer Sinuswelle mit 1 Hz, Pressen von 0 bis 5% Dehnung für die Dauer von 3 Stunden bei 3 h Ruheperioden abwechseln. Führen Sie diese zyklische Belastung Protokoll für 7 Tage, Induktion einer Organisation ausgerichtet Kollagen.
4. Typischerweise nach 12 Tagen HVSCs haben eine ausgerichtete Kollagen produziert organisaton. Nach einer ausgerichteten Kollagen Organisation erreicht wird, ändern die einachsigen zyklischen Belastung Richtung senkrecht zu der ursprünglichen Stamm Richtung. Tun Sie dies, indem Sie die rechteckigen Beiträge von 90 °.

4. Visualisierung von Zellen und Collagen

1. Um eine aktive Echtzeit-Kollagen Umbau, Label Proben mit Sonden, die nicht mit der Lebensfähigkeit der Zellen oder die Bildung von Kollagen nicht stören zu visualisieren. Verwenden Sonden fluoreszierend Fleck Zytoplasma der Zelle und Kollagen.
2. Alternativ Erzeugung der zweiten Harmonischen mit Hilfe der konfokalen Laser-Scanning-Mikroskopie verwendet werden, um Kollagen-Strukturen mit Autofluoreszenz ^14, mit einer Anregung bei 780 nm und Detektion zwischen 500-550 nm zu visualisieren.
3. Entfernen Sie die Kultur Platten aus dem Setup und dem Inkubator, der zyklisch gespannten Proben während der 3 Stunden Ruhezeit, und transportieren sie zu einem konfokalen Laser-Scanning-Mikroskop, um Zellen und Kollagen zu visualisieren.

Results

Dieses Modell ermöglicht zum Kultivieren Myofibroblasten ausgesät Fibringele. 1A zeigt ein Gewebe zunächst unter statischen Bedingungen biaxial kultiviert. Tissue-Einschränkungen werden durch Schneiden der Fibringel aus zwei Einschränkungen freigegeben, um statische einachsige Zwänge schaffen und Gewebe verdichtet und danach umbaut (Abbildung 1A). Für zyklische Belastung wird das Gewebe unter statischen Bedingungen kultiviert biaxial sowie. Nach 5 Tagen cyclischen uniaxiale Verformung a...

Discussion

Das beschriebene Modell System der Zelle besiedelten Fibrin-Konstrukte hat ein großes Potenzial für die Untersuchung von Zell-und Kollagen (Re-) Organisation (de Jonge et al. ^15), z. B. für das Tissue Engineering verwendet werden. Durch die Verwendung von Fibrin als anfängliche Zellträgers nach Fibrinabbauprodukten wird ein Gewebe mit Zellen und endogenen Matrix nur erstellt. Auf diese Weise werden die Zellen stimuliert, um auf Stress reagieren, entweder statisch oder zyklischer Natur, indem...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Kulturkunststoff	Greiner		Enthält Kulturflaschen und Pipetten
Advanced DMEM	Gibco	12491
Fötales Rinderserum	Greiner	758075
Penicillin/Streptomycin	Gibco	10378016
GlutaMax	Gibco	35050-079
Elastomer und Härter	Dow Corning Corporation	3097358-1004	Silastic MDX 4-4210#
Velcro	Regulärer Laden	Sie können dies in einem regulären Geschäft kaufen, verwenden Sie nur die weiche Seite
Rinderthrombin	Sigma	T4648
Rinderfibrinogen	Sigma	F8630
0,45 Spritzenfilter	Whatmann (Schleicher und Scheul)	10462100
Polystyrol-Mikrosphären	Invitrogen	F-8829	Blau fluoreszierend, 10 μ m Durchmesser
Flexcell FX-4000T	Flexcell Int		Enthält rechteckige Ladepfosten
Cell Tracker Orange	Invitrogen Molekulare Sonden	C2927
CNA35-OG488			freundlicher Verfügung gestellt vom Labor für Makromolekulare und Organische Chemie, Department of Biomedical Engineering, Universität Eindhoven
Konfokales Laser-Scanning-Mikroskop	Carl Zeiss		LSM 510 Meta Laser-Scanning-Mikroskop und Zwei-Photon-LSM-Modus
Amphotericin	Gibco	15290-018	Wird für die Zellisolierung benötigt