Name: 3d cell growth on engineered matrices
Uploaded: 2023-04-30T06:32:19.000Z
Duration: 9 min 35 s
Channel: JoVE

<div class="chapter_text" id="script_0">Histotypic cultivo de tejidos permite a las células crecer en tres dimensiones, creando in vitro morfologías de tejido que mímico de cerca la función realista del tejido, que puede ser utilizada como constructos viables para la reparación de los tejidos. Estas culturas suelen ser tres estructuras dimensionales que consta de un solo tipo de células cultivado en alta densidad. Las tres dimensiones de la estructura, también conocidas como el andamio, imita a la matriz extracelular natural. Dependiendo del tipo de célula utilizado, andamios pueden ser diseñados para una aplicación específica y suele actúan como una plantilla para el tejido bio-mimético. Este video presenta los fundamentos de la histotypic culturas del tejido, un procedimiento para el aislamiento de las células, y la fabricación y cellularization de un tejido poroso de seda del andamio para imitar el tejido cardiaco.</div><div class="chapter_text" id="script_1">Todos los tejidos consisten en dos componentes fundamentales, la matriz extracelular y las células de tejidos específicos que lo habitan. La matriz extracelular es una red de proteínas estructurales que crear un ambiente tridimensional de las células a ocupar, y las células dentro de él se pretenden recapitular los nativos procesos fisiológicos del tejido. En la actualidad, una técnica común utilizada al tejido modelo es dos dimensiones cultivo de tejidos, donde las células son dispensadas sobre un sustrato plano y permite formar una película delgada. En general, este método no es confiable para mantener un fenotipo en vivo, funciones específicas de órgano y célula a célula o célula a interacciones contextuales de sustrato. Cultivo de tejidos Histotypic alivia las limitaciones proporcionando un andamio 3D para que las células crecen, resultando en una densa red de células que más estrechamente imita morfologías celulares nativas y facilita el desarrollo de redes intercelulares realista y vías de comunicación. Una variedad de redes de polímero 3D, incluyendo alfombras de seda hidrogeles y electrospun, ofrecen formas convenientes a las células de tejidos específicos de la cultura en tres dimensiones. Para rellenar estos andamios, las células deben estar aisladas. Células primarias utilizadas en este video se obtienen del tejido vivo, que es picado y luego digerido en una solución de enzima para separar las células de la blanco de la matriz extracelular. Una vez que las células están aisladas, hay dos técnicas utilizadas para los andamios de la semilla. La técnica de gota implica uso una solución de células sobre el andamio a una velocidad lenta y constante. La segunda, o la técnica de suspensión celular, se sumerge el andamio en una suspensión. A menudo, el andamio y la suspensión se agitan para fomentar la migración de la célula en la matriz. Ambas técnicas resultan en construcciones bio-dirigido con las densidades de célula alta. Los siguientes procedimientos implica el aislamiento de las células cardiacas y la técnica de suspensión de célula para crear un andamio de específicos de la célula cardiaco, como conserva la morfología de tejido del corazón nativo.</div><div class="chapter_text" id="script_2">Para iniciar el proceso de aislar las células del tejido del donante, empezar por asegurar que se esterilizan los instrumentos de disección y área de trabajo. Luego, coloque un paño estéril sobre la superficie de trabajo en el gabinete de seguridad biológica. Coloque los instrumentos quirúrgicos estériles sobre el cobertor sin tocarlas y abra una hoja de bisturí estéril número 20. Después euthanizing el espécimen, esterilizar el área quirúrgico con una gasa empapada en betadine. Cuando esté listo, fije la muestra y comenzar el procedimiento quirúrgico para aislar el tejido de interés. En este caso, será el corazón. Una vez suprimido, coloque el tejido en hielo en la placa Petri que contiene glucosa de PBS. Eliminar la sangre residual o del tejido conectivo y luego transferir el tejido a una placa Petri con glucosa de PBS fresca. Luego, utilizando micro estériles-tijeras y pinzas, picar cuidadosamente las muestras de tejido en trozos de aproximadamente 1 milímetro cúbico. Usando una pipeta, transferir las piezas y el buffer a un tubo cónico. Luego, saque todo pero 10 mililitros de buffer. Agregar 7 ml de solución de colagenasa y luego agite la mezcla a 37 º c durante 7 minutos. Entonces, pipetee suavemente 10 veces para romper las piezas de tejido. Deje que las piezas a colocar y luego aspirar el líquido y deséchela. A continuación, repita la digestión y pipetee suavemente la solución para romper las piezas de tejido. Después de habrán colocado las piezas, aspirar el sobrenadante y recoger en un tubo cónico separado 50 mililitros. Luego, añadir 10 ml de solución de parada a cada tubo cónico que contiene el sobrenadante para detener la digestión.</div><div class="chapter_text" id="script_3">Ahora que se han aislado las células primarias, vamos a fabricar un andamio poroso tejido de seda. Para empezar, vierte 30 mililitros de la solución de seda en un molde. A continuación, dispersión 60 gramos de cloruro de sodio tamizado uniformemente sobre la solución. Luego, deje que la seda polimerizar imperturbado a temperatura ambiente durante 48 horas. Luego, coloque el molde en un horno de 60 grados durante 1 hora finalizar el cross-linking y evaporar el líquido sobrante. Una vez polimerizado, sumerja el molde en un vaso de agua destilada durante 48 horas a leech sal. Luego, retirar el andamio del molde y cortar pequeños discos con un milímetro 5 biopsia punch. Recortar los discos a una altura de 2 milímetros y por último, eliminar los centros de cada pieza con un punzón de biopsia de 2 milímetros para crear un anillo. Por último, autoclave los andamios en un ciclo húmedo durante 20 minutos.</div><div class="chapter_text" id="script_4">Con el andamio preparado, vamos a empezar la célula del proceso de siembra. En primer lugar, colocar un andamio estéril por pozo en una placa bien 96. Luego, se añade medio de cultivo celular para sumergir los andamios e incubar a 37 grados centígrados en una incubadora de cultivo de tejidos se equilibren durante al menos 30 minutos. Tras incubación, aspirar el exceso medio y luego agregar la suspensión aislada de células primarias a los andamios. A continuación, devolver la placa a la incubadora y dejar toda la noche para que las células a los andamios. A la mañana siguiente, cuidadosamente aspirar las células no adheridas y reemplazar con 200 microlitros de medio de cultivo fresco células por pozo. El andamio resultante es una construcción porosa con una alta densidad celular lista para ser utilizado.</div><div class="chapter_text" id="script_5">Ahora que usted ha aprendido cómo realizar cultivo de tejidos histotypic, echemos un vistazo a algunas aplicaciones prácticas de estos materiales. Histotypic cultivo de tejidos puede crear microambientes celulares que imitan los tejidos nativos y como resultado son capaces de proporcionar un modelo adecuado para el estudio del comportamiento celular sobre un solo tipo de células. Por ejemplo, fibra 3D en andamios, que imitan con mayor precisión el nicho de células madre encontrado en vivo, puede ser sembrada con células pluripotentes para señales biológicas y determinar sus efectos sobre la diferenciación de células madre. Este trabajo, en definitiva, puede proporcionar una mayor comprensión de cómo las células madre diferenciar y pueden ofrecer ideas sobre mejorar la diferenciación celular y regeneración para aplicaciones de ingeniería de tejidos. Como dinámica de las culturas, acondicionado mecánico también puede mejorar el andamio de tejido 3D sometiendo a varias cargas mecánicas que tejidos naturales pueden experimentar en vivo. Aplicando cargas biaxiales y compresión durante el crecimiento celular, la morfología de la célula y la matriz extracelular se altera para reflejar las cargas mecánicas. Esto resulta en un andamio de tejido genéticamente acondicionarse con una estructura celular parecida a tejido propio, lo que es ideal para la implantación en áreas que pueden experimentar fuerzas mecánicas similares. Por último, construcciones de la ingeniería del tejido pueden usarse para reemplazar o reparar defectos del tejido. Para lograr esto, el andamio de tejido debe ser primero vascularizado, permitiendo sangre para moverse libremente a través de la construcción. Una vez vascularizado, el andamio puede transferir e implantan en el defecto del tejido para iniciar la reparación. Injerto exitoso más adelante puede ser confirmado mediante histología, que revela o no el tejido construir completamente repara el área dañada.</div><div class="chapter_text" id="script_6">Sólo ha visto introducción de Zeus para cultivo de tejidos histotypic. Ahora debe entender como simple 3D se preparan las estructuras, como células primarias son aisladas y sembradas sobre un andamio y las diferentes aplicaciones de estas culturas en el campo de la bio-ingeniería. Gracias por ver.</div>

histotypic cultivo de tejidos

Aunque cultura bidimensional del tejido ha sido común durante algún tiempo, las células se comportan más realista en una cultura tridimensional y más estrechamente imita tejido propio. Este video presenta histotypic cultivo de tejidos, donde el crecimiento y la propagación de una línea celular se realiza en una matriz tridimensional diseñada para llegar a alta densidad celular. A continuación, os mostramos la recolección de las células del tejido del donante, seguido por el cultivo celular en una construcción de ingeniería.

Histotypic cultivo de tejidos

Although two-dimensional tissue culture has been common for some time, cells behave more realistically in a three-dimensional culture, and more closely ...

El cultivo histotípico de tejidos permite cultivar células en tres dimensiones, creando así morfologías de tejido in vitro que imitan de cerca la función realista del tejido, que pueden utilizarse como construcciones viables para la reparación de tejidos. Estos cultivos suelen ser estructuras tridimensionales que consisten en un solo tipo de célula cultivada en alta densidad. La estructura tridimensional, también conocida como andamio, imita la matriz extracelular natural. Dependiendo del tipo de célula utilizado, los andamios pueden diseñarse para una aplicación específica y, por lo general, actúan como plantilla para el tejido biomimético. Este video presentará los fundamentos de los cultivos histotípicos de tejidos, un procedimiento para el aislamiento de células y la fabricación y celularización de un andamio de tejido de seda porosa para imitar el tejido cardíaco. Todos los tejidos constan de dos componentes fundamentales, la matriz extracelular y las células específicas de los tejidos que la habitan. La matriz extracelular es una red de proteínas estructurales que crean un entorno tridimensional para que las células lo ocupen, y las células dentro de ella están destinadas a recapitular los procesos fisiológicos nativos del tejido. Actualmente, una técnica común utilizada para modelar tejido es el cultivo de tejido bidimensional, donde las células se dispensan sobre un sustrato plano y se les permite formar una película delgada. En general, este método no es fiable para mantener un fenotipo in vivo, funciones específicas de órganos e interacciones contextuales de célula a célula o de célula a sustrato. El cultivo histotípico de tejidos alivia esas limitaciones al proporcionar un andamio 3D para que las células crezcan, lo que da como resultado una densa red de células que imita más de cerca las morfologías de las células nativas y facilita el desarrollo de redes intercelulares y vías de comunicación realistas. Una variedad de redes de polímeros 3D, incluidos los hidrogeles y las esteras de seda electrohiladas, ofrecen formas convenientes de cultivar células específicas de tejidos en tres dimensiones. Para poblar estos andamios, las celdas deben estar aisladas. Las células primarias utilizadas en este video se recolectan de tejido vivo, que se pica y luego se digiere en una solución enzimática para separar las células objetivo de la matriz extracelular. Una vez que se aíslan las celdas, se utilizan dos técnicas para sembrar los andamios. La técnica de gotas consiste en pipetear una solución de células en el andamio a una velocidad lenta y constante. La segunda, o técnica de suspensión celular, sumerge el andamio en una suspensión celular. A menudo, el andamio y la suspensión se agitan para estimular la migración celular hacia la matriz. Ambas técnicas dan como resultado construcciones de bioingeniería con altas densidades celulares. Los siguientes procedimientos implicarán el aislamiento de células cardíacas y la técnica de suspensión celular para crear un andamio específico para células cardíacas, ya que conservará la morfología nativa del tejido cardíaco. Para comenzar el proceso de aislamiento de células del tejido del donante, comience por asegurarse de que el área de trabajo y los instrumentos de disección estén esterilizados. A continuación, coloque un paño estéril sobre la superficie de trabajo en el armario de bioseguridad. Coloque los instrumentos quirúrgicos estériles sobre el paño sin tocarlos y, a continuación, abra una hoja de bisturí estéril número 20. Después de sacrificar la muestra, esterilice el área quirúrgica con una gasa empapada en betadine. Cuando esté listo, asegure la muestra y comience el procedimiento quirúrgico para aislar el tejido de interés. En este caso, será el corazón. Una vez extirpado, coloque el tejido en hielo en la placa de Petri que contiene glucosa PBS. Retire cualquier residuo de sangre o tejido conectivo y luego transfiera el tejido a una placa de Petri con glucosa PBS fresca. Luego, con microtijeras y pinzas estériles, pique cuidadosamente las muestras de tejido en trozos de aproximadamente 1 milímetro cúbico. Con una pipeta, transfiera las piezas y el tampón a un tubo cónico. Luego, retire todo menos 10 mililitros de tampón. Agregue 7 mililitros de solución de colagenasa y luego agite la mezcla a 37 grados centígrados durante 7 minutos. Luego, pipetea suavemente 10 veces para romper los trozos de tejido. Deje que las piezas se asienten, luego aspire el líquido y deséchelo. A continuación, repita la digestión y pipetee suavemente la solución para romper los trozos de tejido. Una vez que las piezas se hayan asentado, saque el sobrenadante y recójalo en un tubo cónico separado de 50 mililitros. A continuación, añada 10 mililitros de solución STOP a cada tubo cónico que contenga sobrenadante para detener la digestión. Ahora que se han aislado las células primarias, fabriquemos un andamio de tejido de seda porosa. Para empezar, vierte 30 mililitros de la solución de seda en un molde. A continuación, esparza 60 gramos de cloruro de sodio tamizado uniformemente sobre la solución. Luego, deje que la seda se polimerice sin perturbaciones a temperatura ambiente durante 48 horas. Luego, coloque el molde en un horno a 60 grados durante 1 hora para finalizar la reticulación y evaporar el líquido restante. Una vez polimerizado, sumerja el molde en un vaso de precipitados con agua destilada durante 48 horas para eliminar la sal. A continuación, retira el andamio del molde y corta pequeños discos con un punzón de biopsia de 5 milímetros. Recorta los discos a una altura de 2 milímetros y, por último, retira el centro de cada pieza con un punzón de biopsia de 2 milímetros para crear un anillo. Por último, autoclave los andamios en un ciclo húmedo durante 20 minutos. Con el andamio preparado, comencemos el proceso de siembra de células. Primero, coloque un andamio estéril por pocillo en una placa de 96 pocillos. Luego, agregue medio de cultivo celular para sumergir los andamios e incubar a 37 grados Celsius en una incubadora de cultivo de tejidos para equilibrarlos durante al menos 30 minutos. Después de la incubación, aspire el exceso de medio y luego agregue la suspensión de células primarias aisladas a los andamios. A continuación, regrese la placa a la incubadora y déjela toda la noche para que las células se adhieran a los andamios. A la mañana siguiente, aspire cuidadosamente las células no adheridas y reemplácelas con 200 microlitros de medio de cultivo celular fresco por pocillo. El andamio resultante es una construcción porosa con una alta densidad de celdas lista para ser utilizada. Ahora que ha aprendido a realizar el cultivo histotípico de tejidos, veamos algunas aplicaciones prácticas de estos materiales. El cultivo histotípico de tejidos puede crear microambientes celulares que imitan a los tejidos nativos y, como resultado, pueden proporcionar un modelo adecuado para el estudio del comportamiento celular de un solo tipo de célula. Por ejemplo, la fibra 3D en andamios, que imitan con mayor precisión el nicho de células madre que se encuentra in vivo, se puede sembrar con células madre pluripotentes para detectar señales biológicas y determinar sus efectos en la diferenciación de las células madre. En última instancia, este trabajo puede proporcionar una mayor comprensión de cómo se diferencian las células madre y puede ofrecer información sobre cómo mejorar la diferenciación y la regeneración celular para aplicaciones de ingeniería de tejidos. Al igual que los cultivos dinámicos, el acondicionamiento mecánico también puede mejorar el andamio de tejido 3D al someterlo a diversas cargas mecánicas que el tejido natural puede experimentar in vivo. Al aplicar compresión y cargas biaxiales durante el crecimiento celular, la morfología celular y la matriz extracelular se alteran para reflejar esas cargas mecánicas. Esto da como resultado un andamio de tejido de bioingeniería preacondicionado con una estructura celular que se asemeja al tejido nativo, lo que lo hace ideal para la implantación en áreas que pueden experimentar fuerzas mecánicas similares. Por último, las construcciones de tejidos de ingeniería también pueden utilizarse para reemplazar o reparar defectos de tejidos. Para lograr esto, primero se debe vascularizar el andamio tisular, permitiendo así que la sangre se mueva libremente a través de la construcción. Una vez vascularizado, el andamio puede transferirse e implantarse en el defecto tisular para iniciar la reparación. El éxito del injerto puede confirmarse posteriormente a través de la histología, que revela si la construcción del tejido reparó completamente la zona dañada o no. Acabas de ver la introducción de Jove al cultivo histotípico de tejidos. Ahora debe comprender cómo se preparan las estructuras 3D simples, cómo se aíslan las células primarias y se siembran en un andamio, y las diversas aplicaciones de estos cultivos en el campo de la bioingeniería. Gracias por mirar.

Education

Educación

JoVE Science Education

Engineering

Ingeniería

Bioengineering

Bioingeniería

Histotypic Tissue Culture

3d cell growth on engineered matrices

Histotypic tissue culture uses an engineered three-dimensional matrix to grow and propagate cells. Compared with common two-dimensional tissue culture, cells in a 3D setting behave more realistically and better mimic native tissue. The method is useful when high cell density is needed.

The process begins by harvesting cells from donor tissue. Those cells are then placed onto an engineered construct for culture. This setup supports growth in a three-dimensional space instead of a flat surface.

3D Cell Growth on Engineered Matrices

overview of biomaterials

Biomaterials in Medicine and Engineering

Biomaterials are materials designed to interact well with biological organisms or molecules. They may come from an organism, be produced by an organism, or be made as a synthetic polymer. Because of these properties, engineers use biomaterials in medicine and other biological applications. These materials are used in tissue engineering, biosensing, and drug delivery. Tissue engineering uses materials to support the growth or repair of tissues. Biosensing uses materials to detect biological...

collagen hydrogels

Porcine Collagen for Tissue Engineering

Collagen is a useful biomaterial with uses that go beyond the lab. It has also found commercial use in photography. In tissue engineering, collagen can be turned into hydrogels that give engineered tissue support and structure. This page follows the path from porcine skin to a collagen hydrogel. Porcine skin is used as the source of collagen. The material is then prepared for use in tissue engineering applications. The video also shows several applications of collagen and the methods used to...

electrospinning of silk biomaterials

Silk Cocoon Processing for Fiber Mats

Silk cocoons can be processed into a soluble material that is useful for making biomaterials. Silk fibers have been used for fabrics and threads for centuries, but turning them into a versatile pre-polymer solution is a newer technique. That solution can then be shaped into materials with controllable mechanical properties. The process begins with silk worm cocoons. The silk is solubilized, or dissolved, so it can be handled as a liquid-like solution. The video then shows how that silk...

overview of biomem devices

BioMEMs in Diagnostics and Miniaturization

Bio-microelectromechanical systems, or BioMEMs, are microscale devices used in diagnostic settings. They work with very small sample and reagent volumes in vivo and in vitro, which means inside a living body or outside it in a lab. These compact systems support bioengineering research and help make diagnostic tools more efficient. BioMEMs can carry out functions such as filtration, sensing, and synthesis on a tiny scale. Using less material can lower costs and improve sensitivity. The...

microfabrication via photolithography

Photolithography for Silicon Wafer Patterning

Photolithography is a common microfabrication method used to pattern a silicon wafer. It uses light to transfer a design onto the wafer surface. This process helps form the basis for many BioMEM devices. The page also shows how photolithography is carried out in a cleanroom. Cleanroom steps are important because they support careful fabrication of small, detailed features. The video ends by introducing applications of this process in BioMEM device production.

soft lithography

Photolithography for Microfluidic Device Making

Photolithography and soft lithography are used to make BioMEM devices such as microfluidic channels. A microscale pattern is copied by curing an elastomeric polymer over a 3D structure. The result is a polymer piece that can serve as part of a biological device. These polymer structures are then used to build a range of tools. Some are microfluidic channels for biosensing applications. Others are microscale bioreactors that let scientists visualize micro-colonies. The process also shows how...

overview of bioprocess engineering

Bioreactors and Protein Production in Bioprocessing

Bioprocessing uses living organisms to make a desired target product. In many cases, that product is a protein made in a bioreactor, which is a controlled vessel for growing cells. This process often relies on genetically engineered organisms. Engineers design the system so the cells can produce proteins at large scale. That approach is central to making biotherapeutics, which are drugs made from biological materials. Biotherapeutics are important medicines for complex diseases such as...

synthetic biology

Engineering Cells to Produce Proteins

Synthetic biology is a bioengineering method for programming cells to make useful products. In many cases, the goal is to genetically modify an organism so it can produce large amounts of a protein. That protein may already be made by the cell, or it may come from a newly inserted DNA sequence. The process depends on changing an organism’s genetic material. This is done with transformation or transfection, two common ways to introduce DNA into cells. The video also shows how this work is...

batch and continuous bioreactors

Growing Cells in Bioreactors

Bioreactors are used to grow organisms in large volumes. This makes it possible to produce large amounts of a target product. In laboratory and bioengineering settings, they provide a controlled place for cell growth and product formation. The two main reactor types are batch reactors and continuous reactors. A batch reactor contains all of the materials needed for cell growth at the start. A continuous reactor has inlet and outlet ports, so fresh growth media can be added while cell waste is...

overview of biosensing

How Biosensors Detect Molecules

Biosensors detect biological molecules and chemical contaminants by combining biology with physical measurement. They can identify targets such as proteins or cells, as well as non-biological molecules like chemicals or contaminants. This makes biosensing a useful field for studying and monitoring many kinds of samples. These devices rely on different signal types to find the target molecule. Some biosensors use electrical signals, while others depend on optical, electrochemical, or mechanical...

electrochemical biosensing

Glucose Sensors and Cancer Detection

Electrochemical biosensors detect target molecules by measuring an oxidation-reduction event. That signal changes when a molecule binds to the sensor surface. These sensors helped shape modern biosensing after the first glucose biosensor was invented. The glucose biosensor is a key example of this technology. It shows how electrochemical sensing can track a biological target through a measurable electrical change. The same basic idea also helps explain how electrochemical biosensors can be...

optical biosensing

Detecting Molecules with Light

Optical biosensors detect target molecules with light. They monitor binding by reading an optical signal from the sample. This makes them useful for seeing when a target molecule is present. Some optical biosensors use a label molecule. The label creates a measurable signal, such as fluorescence. Other optical biosensors are label-free and track changes in optical properties, such as refractive index, as binding occurs. This page introduces both label and label-free optical biosensors. It...

overview of tissue engineering

Building Artificial Tissue with Biomaterials

Tissue engineering uses biomaterials, specific cells, and growth factors to build artificial tissue. These engineered tissue constructs are designed for tissue repair and, in some cases, organ replacement. The field focuses on how to make tissue work like natural tissue. It begins with a scaffold, which is a structure that supports cell growth. Cells are then added to the scaffold, and growth factors help encourage proliferation, or cell multiplication. The video also outlines common methods...

histotypic tissue culture

Histotypic tissue culture uses an engineered three-dimensional matrix to grow and propagate cells. Compared with common two-dimensional tissue culture, cells in a 3D setting behave more realistically and better mimic native tissue. The method is useful when high cell density is needed. The process begins by harvesting cells from donor tissue. Those cells are then placed onto an engineered construct for culture. This setup supports growth in a three-dimensional space instead of a flat surface.

whole organ tissue culture

Lung Decellularization and Recellularization

Whole organs can be cultured ex vivo using specialized bioreactors to support repair or replacement of entire organs. In this approach, a donor organ is first stripped of all cells. What remains is the three-dimensional structure of the organ, which can then be repopulated with new cells. The lung is the example shown here. The method uses a dynamic culture system that provides mechanical stimulation, similar to what the organ experiences in the body. This type of culture helps induce native...

bioengineering

Esta colección abarca conceptos centrales de la bioingeniería, que incluyen la producción de biomateriales, cultivos de tejidos histotípicos y de órganos completos, técnicas de bioprocesamiento y los complejos campos de bioMEM y biodetección.

Explore histotypic tissue culture, where cells are harvested from donor tissue and grown on an engineered 3D matrix to better mimic native tissue.

3D Cell Growth on Engineered Matrices

Description

Transcript

Tags