Name: 3D-Generierung von humanem Myokardgewebe mittels Schmelzelektrospinnen, Schreiben von Polycaprolacton-Gerüsten und hiPSC-abgeleiteten Herzzellen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-03-28T14:45:00.000+00:00
Duration: 6 min 17 s
Description: Erfahren Sie die Methode des Schmelzelektrospinnens zur Herstellung von 3D-Herzgewebe mit hiPSC-abgeleiteten Kardiomyozyten. Dieses Verfahren ermöglicht präzise Kontrolle über das Gerüstdesign und verbessert die Krankheitsmodellierung sowie die Arzneimittelprüfung erheblich.

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Diese Forschung wurde durch das Forschungs- und Innovationsprogramm H2020 im Rahmen der Finanzhilfevereinbarungen Nr. 874827 (BRAV)<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/67847/67847eq01.jpg" style="margin: auto;"> finanziert; Ministerio de Ciencia y Universidades (Spanien) im Rahmen der Projekte PLEC2021-008127 (CARDIOPRINT), PID2022-142562OB-I00 (VOLVAD) und PID2022-142807OA-I00 (INVESTTRA), finanziert durch MICIU/AEI /10.13039/501100011033 und durch die Europäische Union NextGenerationEU/PRTR; Gobierno de Navarra Proyectos Estratégicos IMPRIMED (0011-1411-2021-000096) und BIOHEART (0011-1411-2022-000071); Gobierno de Navarra Proyectos Colaborativos BIOGEN (PC020-021-022) und Gobierno de Navarra Salud GN32/2023. Abbildung 1A, Abbildung 2A und Abbildung 4A werden mit BioRender.com erstellt.

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<li>Rivera-Arbeláez, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+assessment+of+human-engineered+heart+tissues+using+deep+learning+and+template+matching+for+segmentation+and+tracking%5BTitle%5D)+AND+%22Bioeng+Transl+Med%22%5BJournal%5D)">Automated assessment of human-engineered heart tissues using deep learning and template matching for segmentation and tracking.</a> Bioeng Transl Med. 8 (3), e10513(2023).</li>
<li>Sala, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MUSCLEMOTION%3A+A+versatile+open+software+tool+to+quantify+cardiomyocyte+and+cardiac+muscle+contraction+in+vitro+and+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Circ+Res%22%5BJournal%5D)">MUSCLEMOTION: A versatile open software tool to quantify cardiomyocyte and cardiac muscle contraction in vitro and in vivo.</a> Circ Res. 122 (3), e5-e16 (2018).</li>
<li>Reyat, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+the+pathology+and+treatment+of+cardiac+fibrosis+in+vascularised+atrial+and+ventricular+cardiac+microtissues%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Cardiovasc+Med%22%5BJournal%5D)">Modeling the pathology and treatment of cardiac fibrosis in vascularised atrial and ventricular cardiac microtissues.</a> Front Cardiovasc Med. 10, 1156759(2023).</li>
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<li>Inchingolo, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polycaprolactone+in+bone+tissue+engineering%3A+A+comprehensive+review+of+innovations+in+scaffold+fabrication+and+surface+modifications%5BTitle%5D)+AND+%22J+Funct+Biomater%22%5BJournal%5D)">Polycaprolactone in bone tissue engineering: A comprehensive review of innovations in scaffold fabrication and surface modifications.</a> J Funct Biomater. 15 (9), 243(2024).</li>
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<li>Puluca, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bioprinting+approaches+to+engineering+vascularized+3D+cardiac+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Cardiol+Rep%22%5BJournal%5D)">Bioprinting approaches to engineering vascularized 3D cardiac tissues.</a> Curr Cardiol Rep. 21 (9), 1-11 (2019).</li>
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<li>Zhu, L., Liu, K., Feng, Q., Liao, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cardiac+organoids%3A+A+3D+technology+for+modeling+heart+development+and+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Stem+Cell+Rev+Rep%22%5BJournal%5D)">Cardiac organoids: A 3D technology for modeling heart development and disease.</a> Stem Cell Rev Rep. 18 (8), 2593-2605 (2022).</li>
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<li>Wang, L., Serpooshan, V., Zhang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Engineering+human+cardiac+muscle+patch+constructs+for+prevention+of+post-infarction+LV+remodeling%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Cardiovasc+Med%22%5BJournal%5D)">Engineering human cardiac muscle patch constructs for prevention of post-infarction LV remodeling.</a> Front Cardiovasc Med. 8, 621781(2021).</li>
<li>Matveeva, V. G., Khanova, M. U., Antonova, L. V., Barbarash, L. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fibrin+%E2%80%93+A+promising+material+for+vascular+tissue+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Russ+J+Transplantol+Artif+Organs%22%5BJournal%5D)">Fibrin – A promising material for vascular tissue engineering.</a> Russ J Transplantol Artif Organs. 22 (1), 196-208 (2020).</li>
<li>Sproul, E. P., Hannan, R. T., Brown, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlling+fibrin+network+morphology%2C+polymerization%2C+and+degradation+dynamics+in+fibrin+gels+for+promoting+tissue+repair%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+Mol+Biol%22%5BJournal%5D)">Controlling fibrin network morphology, polymerization, and degradation dynamics in fibrin gels for promoting tissue repair.</a> Methods Mol Biol. 1758, 85-99 (2018).</li>
</ol>

<table><tbody><tr><td>&micro;-Slide 8 Well Chamber Deckglas (IbiTreat)</td><td>IBIDI</td><td>80826</td><td></td></tr><tr><td>0,1 % Gelatinelösung (Embryomax)</td><td>Merck Millipore</td><td>ES-006-B</td><td></td></tr><tr><td>10 % Formalin</td><td>Sigma Aldrich</td><td>HT501128</td><td></td></tr><tr><td>12-Well-Platten</td><td>Costar/Corning</td><td>3513</td><td></td></tr><tr><td>6-Well-Platten</td><td>Costar/Corning</td><td>3506</td><td></td></tr><tr><td>Advanced DMEM 1x (ADMEM)</td><td>Gibco</td><td>12491015</td><td></td></tr><tr><td>Aprotinin aus der Rinderlunge</td><td>Sigma Aldrich</td><td>A1153</td><td></td></tr><tr><td>B-27 SUPPLEMENT, PLUS INSULIN (50x)&nbsp;</td><td>Life Technologies</td><td>A317504044</td><td></td></tr><tr><td>B27 SUPPLEMENT, MINUS INSULIN (50x)</td><td>Life Technologies</td><td>A1895601</td><td></td></tr><tr><td>Biopsie-Stanze (6mm Durchmesser)</td><td>Medical</td><td>BP-60F</td><td></td></tr><tr><td>Rinderserumalbumin (BSA)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>A9647</td><td></td></tr><tr><td>CHIR-99021&nbsp;</td><td>AXON MEDCHEM</td><td>AXON1386</td><td></td></tr><tr><td>Konfokales Laser-Scanning-Mikroskop</td><td>Zeiss</td><td>LSM 800</td><td></td></tr><tr><td>Kulturflasche 175 cm</td><td>Greiner Bio-One</td><td>660175</td><td></td></tr><tr><td>Kulturflasche 75 cm</td><td>Falcon</td><td>353136</td><td></td></tr><tr><td>Zytometer</td><td>Beckman Coulter</td><td>CytoFlex</td><td></td></tr><tr><td>DAPI&nbsp;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>D9542</td><td></td></tr><tr><td>Esel Anti-Maus IgG (H+L) Hochgradig kreuzadsorbierter Sekundärantikörper, Alexa Fluor 488</td><td>Invitrogen</td><td>A-21202&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Esel-Anti-Kaninchen-IgG (H+L) Hochgradig kreuzadsorbierter Sekundärantikörper, Alexa Fluor 594</td><td>Invitrogen</td><td>A-21207&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>DPBS (Mg2+, Ca2+ frei)</td><td>Gibco</td><td>A314190094</td><td></td></tr><tr><td>EDTA 0,5M pH 8,0</td><td>Life Technologies</td><td>AM9260G</td><td></td></tr><tr><td>ESSENTIAL 8 MEDIUM KIT</td><td>Life Technologies</td><td>A1517001</td><td></td></tr><tr><td>FGF2 (Rekombinant Human FGF-basic 154 a.a.)</td><td>Peprotech</td><td>100-18B</td><td></td></tr><tr><td>Fibrinogen aus Rinderplasma</td><td>Sigma Aldrich</td><td>F8630</td><td></td></tr><tr><td>Fibroblasten-Wachstumsmedium 3 KIT (FGM3)</td><td>PromoCell</td><td>C-23130</td><td></td></tr><tr><td>Knockout-Serumersatz (KSR)</td><td>Life Technologies</td><td>10828028</td><td></td></tr><tr><td>Laktat (Natrium-L-Laktat)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>71718</td><td></td></tr><tr><td>Matrigel Growth Factor Reduced (MGFR) Basalmembran-Matrix, LDEV-freie</td><td>Corning</td><td>354230</td><td></td></tr><tr><td>MEW 23-G-Nadel</td><td>Nordson</td><td>7018302</td><td></td></tr><tr><td>MEW-Drucker</td><td>QUT, Queensland University of Technology</td><td></td><td></td></tr><tr><td>MEW-Spritze</td><td>Nordson</td><td>7012072</td><td></td></tr><tr><td>Maus Anti-Cardiac Troponin T Monoklonaler Antikörper</td><td>Invitrogen</td><td>MA5-12960&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Maus Anti-DDR2 monoklonaler Antikörper</td><td>Sigma Aldrich</td><td>SAB5300116</td><td></td></tr><tr><td>Maus Anti-&alpha;-Actinin (sarkomerisch) Monoklonaler Antikörper</td><td>Sigma Aldrich</td><td>A7811&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>PENICILLIN - STREPTOMYCIN</td><td>Life Technologies</td><td>15140122</td><td></td></tr><tr><td>Poly &epsilon; -Caprolacton (PCL), medizinisches</td><td>Corbion</td><td>PURASORB&reg; PC 12</td><td></td></tr><tr><td>Kaninchen Anti-Vimentin rekombinanter monoklonaler Antikörper [EPR3776] - Zytoskelett-Marker</td><td>Abcam</td><td>AB29547&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Retinsäure&nbsp;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>R2625</td><td></td></tr><tr><td>ROCK Inhibitor Y-27632 (10mg)</td><td>Fisher Scientific</td><td>HB2297</td><td></td></tr><tr><td>RPMI 1640 (L-Glutamin)</td><td>Gibco</td><td>21875034</td><td></td></tr><tr><td>RPMI 1640 (kein Phenolrot)</td><td>Gibco</td><td>32404014</td><td></td></tr><tr><td>RPMI ohne Glukose</td><td>Gibco</td><td>11879020</td><td></td></tr><tr><td>SB431542</td><td>SELLECK CHEMICALS</td><td>S1067</td><td></td></tr><tr><td>Spektralphotometer&nbsp;</td><td>BMG Labtech&nbsp;</td><td>SPECTROstar Nano</td><td></td></tr><tr><td>Thrombin (humanes Alpha-Thrombin, Faktor IIa)</td><td>Enzyme Research Lab</td><td>HT 1002a</td><td></td></tr><tr><td>Triton X-100</td><td>Sigma Aldrich</td><td>T8787</td><td></td></tr><tr><td>TrypLE Express</td><td>Life Technologies</td><td>12604021</td><td></td></tr><tr><td>Tween 20</td><td>Sigma Aldrich</td><td>P2287</td><td></td></tr><tr><td>Wnt-C59</td><td>AXON MEDCHEM</td><td>AXON2287</td><td></td></tr></tbody></table>

3d-generierung von humanem myokardgewebe mittels schmelzelektrospinnen, schreiben von polycaprolacton-gerüsten und hipsc-abgeleiteten herzzellen

3D Human Myocardial Tissue Generation Using Melt Electrospinning Writing of Polycaprolactone Scaffolds and hiPSC-Derived Cardiac Cells

Charakterisierung von 2D-hiPSC-abgeleiteten Herzzellen Um multiphänotypisches kardiales Gewebe zu erzeugen, werden hiPSC-CMs und hiPSC-CFs unabhängig voneinander differenziert und in vitro charakterisiert. Bei entsprechender Optimierung und strikter Pflege führt das folgende Protokoll zu einer hiPSC-CMs-Ausbeute von über 80% um den 9. Tag der Differenzierung, was zu spontan schlagenden Zellen führt (Abbildung 1A). Darüber hinaus eliminiert die Reinheitsanreicheru...

3D-Generierung von humanem Myokardgewebe mittels Schmelzelektrospinnen, Schreiben von Polycaprolacton-Gerüsten und hiPSC-abgeleiteten Herzzellen

The development of functional human cardiac tissues holds significant promise for advancing applications in drug screening, disease modeling, and ...

3d-human-myocardial-tissue-generation-using-melt-electrospinning

Research

Forschung

JoVE Journal

Bioengineering

Biotechnik

Die Erzeugung von ausgerichteten Myokardgewebe ist eine wesentliche Voraussetzung für die Anpassung der jüngsten Fortschritte in der Stammzellbiologie, um klinisch nützliche Zwecke. Hier beschreiben wir einen Mikrokontaktdruck Ansatz für die präzise Steuerung der Zelle Form und Funktion. Mit hoch gereinigte Populationen von embryonalen Stammzellen abgeleitete kardiale Vorläuferzellen, wir erzeugen dann anisotropen funktionale Herzmuskelgewebe.

Generation Ausgerichtet Functional Myokardgewebe Durch Mikrokontaktdrucken

Dieses Manuskript beschreibt die Erstellung von definiertem manipuliertem Herzgewebe unter Verwendung von Oberflächenmarker-Expression und Zellsortierung. Die definierten Gewebe können dann in einem Multigewebe-Bioreaktor verwendet werden, um Mechanismen der kardialen Zelltherapie zu untersuchen, um ein funktionsfähiges, aber dennoch kontrolliertes Modellsystem des menschlichen Herzens bereitzustellen.

Bau von Defined Menschen Engineered Herzgewebe zur Untersuchung Mechanismen der Herzzelltherapie

Dieses Protokoll beschreibt das 3D-Bioprinting von Herzgewebe ohne den Einsatz von Biomaterialien. 3D-Bioprints-Herz-Patches zeigen mechanische Integration von Komponenten-Sphäroiden und sind vielversprechend bei der Herz-Gewebe-Regeneration und als 3D-Modelle von Herzerkrankungen.

Schaffung von Herzgewebe, die mechanische Integration von Sphäroiden mit 3D-Bioprinting ermöglicht

Dieses Protokoll beschreibt eine net Schimmel basierende Methode um dreidimensionale Gerüst-freie kardialen Gewebe mit zufriedenstellenden Strukturintegrität und synchron schlagen Verhalten zu erstellen.

Eine Net Schimmel basierende Methode der dreidimensionalen Gerüst-freie Herzgewebe Schöpfung

Das vorliegende Protokoll erzeugt netzförmige stämmige Herzgewebe, das kardiovaskuläre Zellen enthält, die aus humaninduzierten pluripotenten Stammzellen gewonnen wurden, um die Untersuchung der Zellimplantationstherapie für Herzkrankheiten zu ermöglichen.

Vorbereitung von Mesh-Shaped Engineered Cardiac Tissues derived from Human iPS Cells for In Vivo Myokard repair

Hier beschreiben wir eine einfach zu bedienende Methodik zur Erzeugung von 3D-selbstorganisierten kardialen Mikrogewebe-Arrays, die aus vordifferenzierten humaninduzierten pluripotenten Stammzell-abgeleiteten Kardiomyozyten, Herzfibroblasten und Endothelzellen bestehen. Diese benutzerfreundliche und zellarme Technik zur Erzeugung kardialer Mikrogewebe kann für die Krankheitsmodellierung und frühe Stadien der Arzneimittelentwicklung implementiert werden.

Herstellung von 3D-Cardiac Microtissue Arrays unter Verwendung von humanen iPSC-abgeleiteten Kardiomyozyten, kardialen Fibroblasten und Endothelzellen

Das Ziel dieses Protokolls ist es, die Entwicklung eines dreidimensionalen (3D) mikrofluidischen Modells von hoch ausgerichtetem menschlichem Herzgewebe zu erklären und zu demonstrieren, das aus Stammzellen gewonnenen Kardiomyozyten besteht, die mit Herzfibroblasten (CFs) in einem biomimetischen, kollagenbasierten Hydrogel in Kokulturiert sind, für Anwendungen in der Kardgewebeentwicklung, im Arzneimittelscreening und in der Krankheitsmodellierung.

Entwicklung von 3D-organisiertem menschlichem Herzgewebe innerhalb einer mikrofluidischen Plattform

Die vorgestellte Methode bietet eine innovative Möglichkeit, biomimetische Faserstrukturen in dreidimensionalen (3D) Gerüsten (z.B. Herzklappenbeilagen) zu konstruieren. Zur Bestimmung von Form und Abmessungen wurden 3D-gedruckte, leitfähige Geometrien verwendet. Faserausrichtung und -eigenschaften wurden für jede Schicht individuell einstellbar. Mehrere Muster können in einem Setup hergestellt werden.

Kombination von 3D-Druck und Elektrospinnen zur Herstellung biomimetischer Herzklappenbroschüren

Hier wird eine Reihe von Protokollen für die Erzeugung und Kryokonservierung von kardialen Sphäroiden (CSs) aus humaninduzierten pluripotenten Stammzell-abgeleiteten Kardiomyozyten vorgestellt, die in einem multidimensionalen Hochdurchsatzformat kultiviert wurden. Dieses dreidimensionale Modell fungiert als robuste Plattform für die Modellierung von Krankheiten, Hochdurchsatz-Screenings und behält seine Funktionalität nach der Kryokonservierung bei.

Generierung, Hochdurchsatz-Screening und Biobanking von human-induzierten pluripotenten Stammzell-abgeleiteten Herzsphäroiden

Die Steuerung von Herzzellen und -gewebe mit Licht ermöglicht eine berührungslose Stimulation, wodurch der natürliche Zustand und die Funktion der Zellen erhalten bleiben, was sie zu einem wertvollen Ansatz sowohl für die Grundlagenforschung als auch für therapeutische Anwendungen macht.

Ein kardiales mikrophysiologisches System zur Untersuchung der Ca2+ -Ausbreitung durch nicht-genetische optische Stimulation

Erfahren Sie die Methode des Schmelzelektrospinnens zur Herstellung von 3D-Herzgewebe mit hiPSC-abgeleiteten Kardiomyozyten. Dieses Verfahren ermöglicht präzise Kontrolle über das Gerüstdesign und verbessert die Krankheitsmodellierung sowie die Arzneimittelprüfung erheblich.

3D-Generierung von humanem Myokardgewebe mittels Schmelzelektrospinnen, Schreiben von Polycaprolacton-Gerüsten und hiPSC-abgeleiteten Herzzellen (Video) | JoVE Journal

3D-Generierung von humanem Myokardgewebe mittels Schmelzelektrospinnen, Schreiben von Polycaprolacton-Gerüsten und hiPSC-abgeleiteten Herzzellen

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