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Dreidimensionales Bioprinting von humanen iPSC-abgeleiteten Neuron-Astrozyten-Kokulturen für Scre...
Dreidimensionales Bioprinting von humanen iPSC-abgeleiteten Neuron-Astrozyten-Kokulturen für Scre...
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Neuroscience
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JoVE Journal Neuroscience
Three-Dimensional Bioprinting of Human iPSC-Derived Neuron-Astrocyte Cocultures for Screening Applications

Dreidimensionales Bioprinting von humanen iPSC-abgeleiteten Neuron-Astrozyten-Kokulturen für Screening-Anwendungen

Full Text
5,577 Views
08:03 min
September 29, 2023

DOI: 10.3791/65856-v

Chloe Ann Whitehouse1, Yufang He2, Janet Brownlees1, Nicola Corbett1

1MSD Research Laboratories, London, UK, 2Merck & Co., Inc., Rahway, NJ, USA

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Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This study presents a protocol for the efficient production of 3D-bioprinted cocultures of iPSC-derived neurons and astrocytes within hydrogel scaffolds. The developed model operates in 96- or 384-well formats and demonstrates high post-print viability and neurite outgrowth within seven days, while expressing maturity markers for both cell types. This approach aims to enhance the throughput and automation of 3D cell culture systems.

Key Study Components

Area of Science

  • Neuroscience
  • Cell Biology
  • Biotechnology

Background

  • 3D cell modeling has rapidly advanced, enabling more accurate representations of disease phenotypes.
  • Traditional methods for 3D culture development are often labor-intensive and time-consuming.
  • 3D bioprinting offers a solution by automating and scaling the development of complex cultures.
  • This technology can produce numerous identical models rapidly, minimizing human error in the process.

Purpose of Study

  • To create a high-throughput protocol for establishing 3D cocultures of neural cells.
  • To improve the speed and convenience of model development in neuroscience research.
  • To facilitate further investigation into the effects of 3D culture environments on neural cell types.

Methods Used

  • The platform utilizes 3D bioprinting to create cocultures within hydrogel matrices.
  • The biological model includes iPSC-derived neurons and astrocytes, grown in a controlled 3D environment.
  • This protocol emphasizes efficient coculture establishment with minimal user intervention needed.
  • Key timelines involve assessing cell viability and neurite outgrowth within a seven-day period.
  • Hydrogel scaffolds are employed to support the structural integrity and functionality of the cells.

Main Results

  • The coculture model exhibited high post-print cell viability and significant neurite outgrowth within seven days.
  • Both cell types demonstrated the expression of maturity markers, indicating successful development.
  • Rapid model creation supports more streamlined research applications and further testing.
  • Conclusions highlight the potential of this protocol to overcome existing barriers in complex cell culture models.

Conclusions

  • The study demonstrates a novel method for developing scalable 3D coculture systems in neuroscience research.
  • This advancement may significantly impact the future of high-throughput assays in neural research.
  • Insights gained from using 3D cultures could enhance understanding of neural mechanisms and plasticity.

Frequently Asked Questions

What are the advantages of using 3D bioprinting for cocultures?
3D bioprinting allows for high-throughput production of complex cellular models with improved reproducibility and reduced manual interventions, enhancing experimental efficiency.
How are the biological models implemented in this study?
The biological model consists of iPSC-derived neurons and astrocytes grown within a hydrogel scaffold to support 3D cellular interactions and promote differentiation.
What types of data can be obtained from this model?
The model allows for assessments of cell viability, neurite outgrowth, and maturity marker expression, providing insights into neural development and function.
How can this method be adapted for various research needs?
The protocol's scalability and automation may be adjusted for different cell types or experimental conditions, making it versatile for diverse neuroscience applications.
What key limitations should be considered?
While the protocol streamlines model development, careful optimization may still be required for specific experimental contexts, particularly regarding hydrogel formulation and cell sourcing.
How does this research contribute to understanding neural mechanisms?
By providing a robust 3D culture system, the study offers a platform for exploring cellular interactions and plasticity, enhancing insights into neural behavior and disease models.

In dieser Arbeit stellen wir ein Protokoll zur Herstellung von 3D-biogedruckten Kokulturen von iPSC-abgeleiteten Neuronen und Astrozyten vor. Dieses Kokulturmodell, das in einem Hydrogel-Gerüst im 96- oder 384-Well-Format erzeugt wurde, zeigt eine hohe Post-Print-Viabilität und ein Neuritenwachstum innerhalb von 7 Tagen und zeigt die Expression von Reifemarkern für beide Zelltypen.

Die 3D-Zellmodellierung ist ein neuartiges Feld, das in den letzten zehn Jahren exponentiell gewachsen ist. Es hat sich gezeigt, dass diese Modelle sowohl das neuronale Wachstum erleichtern als auch Krankheitsphänotypen genauer darstellen. Wir glauben jedoch, dass es eine Verschiebung hin zu einem höheren Durchsatz dieser Modelle und eine Notwendigkeit gibt, die Automatisierung in die Entwicklung einzubeziehen.

Herkömmliche Methoden zur Entwicklung von 3D-Kulturen können mühsam und zeitaufwändig sein, aber der 3D-Biodruck ist eine Technologie, die angewendet werden kann, um diese Entwicklungsprozesse zu skalieren. Diese Technologie ermöglicht es, Hunderte von identischen Modellen effizient und ohne menschliche Fehler zu erstellen. Dieses Protokoll entwickelt komplexe Kulturen, da die Nervenzellen in 3D in biologisch aktiven Hydrogel-Matrizen gezüchtet werden.

Entscheidend ist jedoch, dass dieses Protokoll Geschwindigkeit und Bequemlichkeit bei der Modellentwicklung in den Vordergrund stellt, was in diesem Bereich fehlen kann und die Implementierung in die Industrie behindern kann. Dieses Protokoll definiert eine Methode, um viele 3D-Cokulturen sehr effizient und mit begrenztem Input von Benutzern zu etablieren. Wir hoffen, dass dies Hindernisse für die Verwendung komplexer Zellkulturmodelle in Hochdurchsatz-Assays beseitigen und die weitere Untersuchung der Wirkung von 3D-Kulturen auf neuronale Zelltypen erleichtern wird.

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Dreidimensionales Bioprinting humane IPSC-abgeleitete Neuron-Astrozyten-Kokulturen Screening-Anwendungen Zellmodell Wirkstoff-Screening Durchsatz Homogenität Entwicklungszeit 3D-Modelle Bioprinting Kokulturmodelle induzierte pluripotente Stammzellen (iPSC) glutamaterge Neuronen Astrozyten Hydrogel-Matrix bioaktive Peptide extrazelluläre Matrix (ECM)-Proteine physiologische Steifigkeit Lebensfähigkeit Astrozyten-zu-Neuron-Verhältnis Marker für reife neurale Zelltypen Neuriten-Auswuchs-Assays

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