Method Article

Microtissues 3D para la terapia regenerativa inyectable y drogas de alto rendimiento

DOI:

10.3791/55982

October 4th, 2017

* These authors contributed equally

In This Article

Summary

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Este protocolo describe la fabricación de microcryogels elástico macroporoso 3D integrando microfabricación con tecnología cryogelation. A cargar con las células, se generan microtissues 3D, que puede ser fácilmente inyectados en vivo para facilitar la terapia regenerativa o montado en arreglos de discos para en vitro screening de drogas de alto rendimiento.

Abstract

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Para obtener cultivos celulares 2D tradicional cultivo celular 3D, hemos integrado microfabricación con tecnología cryogelation para producir macroporoso microescala cryogels (microcryogels), que puede ser cargado con una variedad de tipos de la célula para formar microtissues 3D. Adjunto, presentamos el protocolo para fabricar microtissues 3D versátil y sus aplicaciones en la terapia regenerativa y la investigación de la droga. Tamaño y microcryogels forma controlable puede ser fabricado en un chip de la matriz, que puede ser cosechada de chip como portadores cargados de células individuales para terapia regenerativa inyectable o ser más montado en un chip en arreglos de discos de microtissue 3D de alto rendimiento detección de drogas. Debido a la alta naturaleza elástico de estos cryogels de microescala, microtissues 3D exhiben gran inyectabilidad de terapia mínimamente invasiva celular protegiendo a las células de la fuerza de esquileo mecánico durante la inyección. Esto asegura la supervivencia realzada de la célula y el efecto terapéutico en el modelo murino de isquemia del miembro. Mientras tanto, conjunto de matrices de microtissue 3D en un formato estándar de 384-multi-well facilita el uso de instalaciones comunes de laboratorio y equipo, lo que permite la detección en esta plataforma de cultura celular 3D versátil de alto rendimiento drogas.

Introduction

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Cultura tradicional de la célula en aplanado superficies de dos dimensiones (2D), como una placa de cultivo o placas de varios pocillos, apenas puede provocar comportamientos celulares cerca de sus Estados nativos. Precisa recapitulación de microambientes celulares nativos, que forman parte de diversos tipos de células, matrices extracelulares y factores solubles bioactivos en arquitecturas (3D) tridimensional1,2,3 ,4, es esencial para construir biomimicking tejidos en vitro para aplicaciones en medicina regenerativa, ingeniería de tejidos, biología fundamental de investigación y drogas descubrimiento5,6,7 ,8,9.

En lugar de cultivo celular 2D, cultivo celular 3D es ampliamente utilizado para avanzar la micro arquitectura biomimética y características funcionales de las células cultivan en vitro. Es un método de cultura popular celular 3D agregadas células en esferoides7,8,9,10. Esferoides celulares podrían ser inyectados a los tejidos lesionados con mayor retención celular y la supervivencia en comparación con la inyección de células dispersas. Sin embargo, inevitable lesión mecánica impuesta en las células por la fuerza de esquileo flúida durante la inyección y tamaños no uniformes esferoide llevan al pobre celular efectos terapéuticos11,12,13. Del mismo modo, la inherente falta de uniformidad durante la agregación de esferoides ha hecho su traducción a 3D celular alto rendimiento de detección de drogas difíciles10.

Otro método para el cultivo celular 3D se logra con la ayuda de biomateriales, que por lo general encapsula las células en acuosos hidrogeles o andamios porosos. Permite una mayor flexibilidad en la construcción de arquitecturas 3D. Para la terapia, las células encapsuladas en andamios a granel se entregan generalmente al cuerpo animal a través de implantes quirúrgicos, invasivos y traumáticos, por lo tanto restringiendo su traducción amplia al paciente. Por otro lado, acuosos hidrogeles permiten terapia mínimamente invasiva mediante la inyección de células suspendidas en solución precursora de hidrogel en cuerpos de animales, lo que en situ la gelificación a través de termo-, reticulación química o enzimática11. Sin embargo, como las células se entregan mientras que los precursores de hidrogel son todavía en un estado acuoso, están también expuestos a esquileo mecánico durante la inyección. No sólo esto, reticulación química o enzimática durante la gelación en situ de hidrogel también podría imponer daño a las células dentro de. Para la detección de drogas, cultivos celulares asistida biomaterial problemas con uniformidad, capacidad de control y rendimiento. Utilizando hidrogeles, las células normalmente participan durante la gelificación, por el cual el proceso puede afectar la función y viabilidad de las células. Congelación durante la siembra de células también impide el uso por la mayoría de equipos de alto rendimiento, puesto que el hidrogel deba conservarse en hielo para evitar la congelación antes de la siembra de la célula, y el hidrogel puede atasc dispensadora de puntas, que son generalmente muy delgadas para asegurar la exactitud de proyección de alto rendimiento. Andamios de formados potencialmente podrían separar procedimientos de fabricación del biomaterial de cultivo celular, sin embargo la mayoría están disponibles como materiales a granel con relativamente bajo rendimiento14productos a base de andamio.

Para superar algunas de las deficiencias de los actuales métodos de cultura 3D, hemos desarrollado una tecnología de microfabricación-cryogelation integrado para fabricar un microcryogel estándar y fácil de usar array chip15. En este protocolo, gelatina es seleccionada para ejemplificar la técnica de fabricación de microcryogel ya que es biocompatible, degradable, rentable, y ninguna modificación adicional se requiere para la fijación de la célula. Otros polímeros de fuentes naturales o sintéticas también podrían utilizarse para la fabricación, dependiendo de la aplicación. Mediante esta tecnología, podemos fabricar microcryogels miniatura y muy elástico con controlable tamaño, forma y diseño. Cuando está cargado con una variedad de tipos de la célula, microtissues 3D podría formado para diversas aplicaciones. Estas características únicas permiten inyectabilidad deseado, protección celular y retención dirigida después de la inyección en vivo para mayor efectos terapéuticos. No sólo esto, la microcryogels podría ser procesado más lejos para formar matrices de microtissue 3D que son compatibles con el equipo común de laboratorio e instrumentos para realizar el cultivo celular de alto rendimiento para detección de drogas versátil y otros ensayos celulares. Aquí, vamos detallamos el proceso de fabricación de microcryogels y su posterior tratamiento como microtissues 3D individuales o conjuntos de microtissue 3D para dos aplicaciones importantes, terapia celular y detección de drogas, respectivamente10,15 .

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

experimentos con animales seguido estricto protocolo aprobado por el Comité de ética Animal en el centro de análisis biomédico de la Universidad de Tsinghua. Bajo aprobación del Comité de ética, el tejido adiposo humano se obtuvo del Departamento de cirugía plástica de Pekín Unión Hospital con consentimiento informado de los pacientes.

1. fabricación de 3D Microcryogels

  1. diseño y fabricación de chips de gama microstencil
    1. uso un software comercial para diseño de matrices de geometrías específicas, tales como círculos, elipses, triángulos o tréboles 14, dependiendo de la aplicación subsecuente.
      Nota: Consulte la sección 2 del protocolo para la medicina regenerativa y artículo 3 del protocolo para la detección de drogas para detalles de diseño.
    2. Importar el diseño en el software que acompaña a la máquina de grabado láser de grabado del laser. Utilizando la configuración de láser según las recomendaciones de la fábrica de la máquina de grabado láser, láser-grabado el diseño importado a Poly (methymethacrylate) (PMMA) hojas de.
    3. Lavar las fichas de microstencil arsenal con agua desionizada para limpiar residuos del grabado del laser. Seca la matriz microstencil virutas a 60 ° C. tienda en una bolsa sellada a temperatura ambiente durante meses.
  2. Fabricación de fichas de microcryogel arsenal
    1. 4 lugar microstencil array de chips en la bandeja de muestra e introducir en el plasma limpiador. Cierre la puerta de la máquina y encienda la bomba de vacío durante 2 min., girar en la potencia de RF máxima (18 W) para el tratamiento de las virutas de la matriz de microstencil en el plasma limpiador por 3 min a temperatura ambiente para incrementar la hidrofilicidad.
    2. Gelatina de 0,06 g añadir a 1 mL de agua desionizada para formar 6% (peso/vol) gelatina solución precursora (suficiente para hacer 5 chips). Caliente a 60 ° C en un baño de agua para disolver adecuadamente. Incubar en hielo por 5 min
    3. Agregar 3 μl de glutaraldehido en la solución precursora de gelatina a una concentración final de 0.3%. Mezclar muy bien.
    4. Solución de precursora pipeta de 200 μL con glutaraldehido en la superficie superior de la viruta de la matriz de microstencil.
      Nota: 200 μL es suficiente para un chip de 75 x 25 mm independientemente del diseño. Aumentar la cantidad proporcionalmente cuando se incrementa la superficie de la viruta de.
    5. Manualmente se distribuya la solución sobre el chip raspando la parte posterior y hacia atrás con una varilla de vidrio doblada 2 a 3 veces.
      Nota: Cada micro pozo en el chip de microstencil puede ser llenada con solución precursora debido a su naturaleza hidrofílica después del tratamiento de plasma.
    6. Inmediatamente Coloque el chip de la matriz llena de solución precursora en un congelador de-20 ° C por 16 h de cryogelation.
    7. Ajustar el liofilizador a-40 ° C durante 30 minutos colocar los chips de gama después de cryogelation en el liofilizador y liofilizar las virutas de la matriz por 2 h en vacío.
      Nota: La gelatina microcryogels con macroporos interconectados se forman porque el hielo formado durante cryogelation sublimes en el liofilizador.
    8. Proceder a 2 para el tratamiento de la isquemia crítica del miembro (CLI) de la sección y la sección 3 para proyección de alto rendimiento drogas.

2. Cosecha Microcryogels Individual para Microtissues 3D forma inyectable para el tratamiento de CLI

  1. cosecha individual microcryogels
    1. diseño de matrices (75 mm × 25 mm) de 600 círculos, cada uno con 400 μm de diámetro, en software comercial para la construcción de microtissue 3D inyectable. Uso de PMMA de 300 μm de espesor para la fabricación de chip de microstencil matriz como indica en la sección 1.1.
    2. Fabricar chips de matriz de microcryogel como en la sección 1.2.
    3. Fabricar una matriz de PDMS perno del eyector con el mismo diseño como en el paso 2.1.1 por litografía blanda estándar 16 , 17.
    4. El recubrimiento del chip de matriz microcryogel en la parte superior del conjunto de perno del eyector de PDMS, alineando cada microcryogel con un perno del eyector en la matriz. Presione el chip de la matriz de microcryogel hacia la matriz de pin eyector para empujar el microcryogels de los micropocillos con las clavijas que sobresalen en la matriz de pin eyector PDMS cosecha individual microcryogels.
    5. El microcryogel la cosecha en el agua y recoger con la ayuda de los filtros de la célula. Use un colador para recoger microcryogels de un chip (es decir, 600 microcryogels).
    6. Microcryogels de lavado con 0,1 M NaBH 4 en hielo por 20 min calmar cualquier residuo de aldehído uncross-enlazados. Utilizar 5 mL de 0.1 M NaBH 4 por chip. Descarte de NaBH 4 y lavar con 5 mL de agua desionizada durante 15 min de 3 a 5 veces, cada vez.
    7. Tirar el agua de la coladera de la célula y reunir microcryogels en un clúster por colador celular y un clúster en un plato de Petri de 35 mm con una pinza curva. Añadir 50-70 μl desionizada agua a cada cluster y cubre la tapa de la caja Petri. Golpear suavemente la placa de Petri en la mesa de nivelar todos los microcryogels, para que no microcryogels son mentira en la parte superior otro microcryogel para formar una monocapa de microcryogels en la superficie de la placa de Petri.
    8. Congelar las microcryogels cosechadas a-20 ° C por 4 a las 16 h antes de lyophilizing de 2 h (ver paso 1.2.7). Almacenar microcryogels en el vacío a temperatura ambiente hasta su utilización más.
  2. Caracterización de microcryogels
    1. evaluar los poros de la microcryogels mediante la exploración de la proyección de imagen de microscopia electrónica (SEM).
      1. Inmovilizar la microcryogels cosechada y liofilizado en un portamuestras por cinta adhesiva de doble cara y escudo de oro con un recubridor sputter por 90 s, antes de la proyección de imagen por SEM 11. Evaluar y analizar la distribución de diámetros de poros en el microcryogel de siete diferentes imágenes de SEM utilizando software de análisis de imagen.
    2. Peso un grupo de 600 microcryogels liofilizados en un plato de Petri de 35 mm para el peso de la gelatina seca microcryogels (GMs). Añadir agua desionizada μl 60 a la agrupación de microcryogels liofilizado y esperar 30 s para microcryogels absorben el agua y se hinchan. Pesar el microcryogels hinchado. Relación hinchazón
      1. Determine el equilibrio y la porosidad del microcryogels, como el cociente del peso de la hinchada microcryogels de microcryogels de la gelatina seca y la relación de peso del agua celebrada en microcryogels al de microcryogels hidratada, respectivamente 13.
    3. Inyectabilidad de medida de microcryogels con una bomba de jeringa programable integrada con una fuerza digital calibre 14.
      1. 600 mancha microcryogels por Trypan azul y suspender en 600 μl 15% gelatina solución para lograr una distribución homogénea. Carga de suspensión de microcryogel de 1 mL en jeringa de 1 mL. Inyectar la mezcla a través de una aguja de calibre 27 a la jeringa de 1 mL con una bomba de jeringa programable en velocidad de flujo de 1 mL/min
      2. Inyección en tiempo real monitor fuerza por fuerza digital calibrador de prueba y trazar la curva fuerza-tiempo. Después de la inyección, observar la integridad de microcryogels bajo el microscopio.
        Nota: GMs suspendidos en solución al 15% (peso/vol) gelatina pueden ser suavemente inyectados y permaneció intactas después de la inyección.
    4. Caracterizan la degradabilidad de microcryogels.
      1. En primer lugar, medir el peso de un grupo de 600 microcryogels liofilizados en un plato de Petri de 35 mm como el peso seco. Luego, sumerja 600 microcryogels liofilizados en 2 mL 0,025% (vol/vol) tripsina/EDTA.
      2. Recoge microcryogels de la solución utilizando un colador de células en diferentes puntos temporales (es decir, 10, 20, 30, 40, 50, 60 y 70 min). Mecha lejos exceso de solución con un pañuelo. Medir el peso de microcryogels en diferentes puntos temporales y calcular el grado de degradación, como el cociente del peso de microcryogel en un determinado momento de tiempo a la de microcryogel al tiempo cero.
  3. Autoloading de células en microcryogels a forma microtissues 3D
    1. esterilizar microcryogels de paso 2.1.8 por sistema de esterilización de óxido de etileno con la exposición de gas 12 h seguido de 12 h de desgasificación bajo vacuum.
    2. Eligen humanas derivados del adiposo stromal células mesenquimales (hMSCs) para el tratamiento de ratón trasera isquémica. Aisladas células por los procedimientos siguientes según lo divulgado previamente 18.
    3. Cultura hMSCs en el crecimiento medio que contiene 2% de suero bovino fetal (FBS), ng/mL 10 factor de crecimiento epidérmico (EGF), 10 bb ng/mL de factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF-bb), 1 X selenio de transferrina de insulina (ITS), 10 -8 M dexametasona, 10 -4 M ácido ascórbico 2-fosfato, 100 U/mL de penicilina y estreptomicina 100 de μg/mL de DMEM/F12. Paso de las células en la proporción de 1:3 cuando confluente. De células de pasaje 3 a 5 en los experimentos siguientes.
    4. Cosecha de hMSCs con tripsina y cuantificar el número de celular con una cámara de conteo de Fuchs-Rosenthal y suspender a una densidad de 8 x 10 6 células/mL en un medio de hMSCs.
    5. Suspensión de hMSCs μl de pipeta 60 en la monocapa de 600 microcryogels con diámetro de 400 μm en un plato de 35 mm de la sección 2.1. Las células son absorbidas automáticamente en las estructuras de micro porosas de la microcryogels.
    6. Mantener en una cámara humidificada y se incuba a 37 ° C por 2 h permitir que las células a conectar. Después de 2 h de incubación, agregar 2 mL medio de cultivo. Cambiar el medio cada 2 días. Cultura microcryogels cargado de hMSCs durante 2 días formar 3D microtissues.
    7. Después de 2 días de cultivo, Pipetear 100 microcryogels cargado de hMSCs por pozo en una placa de 96 pocillos, agregar 120 μl de solución de resazurina trabajo preparada según el fabricante ' instrucción de s en cada pozo. Incubar por 2 h a 37 ° C.
      1. Detectar fluorescencia de resazurina metabolizado por las células viables en un lector de microplacas con una longitud de onda ligera excitación de 560 nm y emisión de luz longitud de onda de 590 nm. Establecer una curva estándar del número de célula vs fluorescencia usando hMSCs para interpolar el número de células de intensidad de fluorescencia para futuro experimento según el kit protocolo 13.
    8. Evaluar número de hMSCs en microcryogels desde el día 0 a día 4 con resazurina como se describe en paso 2.3.7 desde el día 0 al día 4.
    9. Tinción de células en microcryogels con dilución 1: 500 de calceína AM y la dilución de 1: 250 de yoduro de propidio (conocida como tinción de live/dead) en tampón fosfato salino (PBS) y observar en microscopio de fluorescencia o microscopio de fluorescencia confocal.
  4. Inyección de microtissues 3D en vivo para el tratamiento de CLI en modelo de ratón
    1. establecer isquemia crítica trasera de hembras BALB/c nude ratones reportados 11 , 19 para determinar el efecto terapéutico de la terapia basada en microtissue 3D.
    2. Transferencia de la microtissues de paso 2.3.6 usando una pipeta de 5 mL en un colador de la célula y a filtrar el medio de cultivo.
    3. Suspender el microtissues 3D cargado de hMSCs en solución de gelatina 15%, con una densidad de 100 microcryogels por 100 solución μl.
    4. Antes de la cirugía, esterilizar instrumentos quirúrgicos por autoclave y realizar la cirugía en un quirófano de animales en un centro de instalaciones animales.
    5. Coloque el ratón en la cámara de inducción de la anestesia que contiene 1-3% de isoflurano en oxígeno al 100% con un caudal de 1 L/min eritromicina aplicar sobre los ojos del ratón para evitar que se sequen. A través de una incisión en la piel de 1 cm de largo, ligar la arteria femoral y sus ramas con las suturas de seda de 5-10 y suprimir 19.
    6. Inyectar del verde del indocyanine (ICG) (0.1 mL de 100 μg/mL) a través de la vena de la cola de inyección para monitorear el flujo de sangre. Realizar la proyección de imagen de fluorescencia ICG con una sistema de imagen de la fluorescencia (aquí, sistema casero) en la geometría de reflexión 11.
    7. Intramuscular inyectar microtissues en tres sitios del músculo gracilis alrededor de la incisión de la arteria utilizando una jeringa de 1 mL con una aguja de calibre 23.
    8. Después de la cirugía, mantener el ratón caliente con una almohadilla de calefacción en la jaula de recuperación. Inyectar en forma subcutánea meloxicam para aliviar el dolor y controlar continuamente hasta que despierto.
    9. Después de 28 días, controlar la eficacia terapéutica de la extremidad tratada con microtissue 3D por fluorescencia imágenes 11.
      Nota: Inyectar en forma subcutánea meloxicam para aliviar el dolor cuando el ratón mostró amputación espontánea.
    10. Euthanize ratones con dióxido de carbono después de la terminación de los experimentos.
      Nota: Aquí, eutanasia con dióxido de carbono se realizó según estricto protocolo aprobado por el Comité de ética Animal en el centro de análisis biomédico de la Universidad de Tsinghua.

3. Asamblea de Microtissue Array Chip para la detección de drogas de alto rendimiento

  1. montaje de matriz de microcryogel para el cultivo de la en-viruta celular
    1. modificar el diseño en el punto 1.1, según dimensiones de placa multi-bien convencional, es decir, para el formato 384-multi-well, diseñar una matriz de 16 × 24 pozos (fila por columna), cada uno de separación de 2 mm de diámetro y 4,5 mm de centro a centro.
    2. Laser graba sobre una hoja PMMA espesor de 500 μm, como se describe en la sección 1.1.
    3. Fabricar microcryogels como se describe en la sección 1.2 uso de que el chip de 384-multi-well matriz obtenido paso 3.1.2. Esta matriz que contiene microcryogel es señalada como el chip de la matriz de microcryogel.
    4. El chip de la matriz de microcryogel de lavado con 50 mL 0.1 M NaBH 4 saciar cualquier aldehído residual uncross-ligado, luego repetidamente enjuague con 50 mL de agua desionizada para h 2 3 veces, cada vez.
    5. Deseche el agua, la congelación de la viruta de la matriz de microcryogel a-20 ° C por 4 a las 16 h antes de 1.llenar según paso 1.2.7.
    6. Diseño de matriz de modificar 384-multi-well en paso 3.1.1 para contener 16 × 24 pozos, cada uno de separación de 3 mm de diámetro y 4,5 mm de centro a centro.
    7. Quitar un lado de la base de una hoja de ultra finas (10 μm) biocompatible doble cara cinta adhesiva y pegarlo a un lado de un pedazo de hoja de PMMA de 3 mm de espesor. Laser graba el diseño del paso 3.1.4 en esta hoja PMMA de 3 mm de espesor según el artículo 1.1. Esta matriz ha sido designada como la matriz embalse.
    8. Alinee el conjunto de microcryogel de la viruta con el chip de depósito matriz y adherirse juntos firmemente para montar el chip de la matriz de microcryogel 3D para el cultivo celular de la en-viruta. Esterilizar por radiación ultravioleta para 1 h.
    9. Matriz 3D microcryogel tienda fichas en vacío a temperatura ambiente durante experimentos adicionales.
  2. Drug screening en arreglos de discos de microtissue 3D
    1. llenar una caja húmeda con 25 mL de agua desionizada estéril para servir como una cámara de humedad para el cultivo celular. Pre-heat en un vapor 5% CO 2 incubadora a 37 ° C.
    2. Cosecha de células de cáncer de pulmón de células no pequeñas (NCI-H460) y las células del carcinoma hepatocelular (HepG2) de las placas de cultivo de tejidos según protocolo estándar y vuelva a suspender en medios de cultivo a una densidad final de 1.0 x 10 6 células/mL. Mezclar muy bien.
      Nota: RPM1640 con 10% FBS, 100 U/mL de penicilina y estreptomicina 100 μg/mL se utiliza para NCI-H460. Uso de DMEM con 10% FBS, 100 U/mL de penicilina y estreptomicina 100 μg/mL para HepG2.
    3. Extraiga la cámara de humedad de la incubadora. Utilice unas pinzas para cuidadosamente lugar 3D montado microcryogel array chip de paso 3.1.9 de la cámara de humedad. Tener cuidado de no mojar el microcryogels con agua en la cámara de.
    4. Mezclar la suspensión de células, entonces alícuota 3 μl de suspensión celular directamente en el microcryogel en cada pocillo.
      Nota: La punta debe tocar ligeramente la superficie de la microcryogel antes de expulsar de la suspensión celular. Las células son auto cargado en el microcryogel por absorción. No de semilla de las células en los pocillos periféricos.
    5. Añadir 10 μL de los medios de comunicación a cada pocillo después de que las células se siembran en microcryogel con pipeta de varios canales, como un controlador líquido de 96 canales. Medio también se añade a los pocillos periféricos.
      Nota: Los medios de uso RPM1640 con 10% FBS, 100 U/mL de penicilina y 100 μg/mL streptomycin para las células H460. Utilizar medios DMEM con 10% FBS, 100 U/mL de penicilina y estreptomicina 100 μg/mL para las células de HepaG2.
    6. Cultura la matriz de célula de carga microcryogel de la viruta en la cámara de humedad durante 24 h en un vapor 5% CO 2 incubadora a 37 ° C en forma microtissue 3D array.
    7. Disolver doxorrubicina y IMMLG-8439 9 en dimetil sulfóxido (DMSO) para formar una solución stock de 10 mM. Diluir medicamentos con medio de cultivo para formar un gradiente de concentración de la dilución de 10 veces de 2 nM a 200 μm.
    8. Añadir 10 μl de las soluciones de drogas en cada pozo. Usar 0,1% DMSO (diluido en medio) como el control. Incubar la matriz de microtissue 3D cargado de droga en humidificado 5% CO 2 incubadora a 37 ° C por 24 h.
    9. Añadir 4 μL de solución madre de resazurina en cada pocillo. Incubar a 37 ° C para la matriz de microtissue lugar el 3D de 2 h. en el lector de microplacas y detectar la fluorescencia de resazurina metabolizado por las células viables en una longitud de onda ligera excitación de 560 nm y emisión de luz longitud de onda de 590 nm.
    10. Restar la señal de referencia de resazurina de todos los pozos antes de procesamiento de datos más. Calcular la fracción de viabilidad celular de cada pocillo dividiendo la señal de fluorescencia por la señal de fluorescencia promedio de los pocillos control.
    11. Trazar la curva de dosis-respuesta en software de trazado con la fracción de viabilidad celular como el de las ordenadas y el logaritmo base 10 de la concentración de la droga como el eje x. Interpolar la concentración de inhibición del 50% (IC50) en la fracción de viabilidad de células de 0.5.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Fabricación y caracterización de microcryogels para la formación del microtissue 3D.

Según este protocolo, microcryogels fueron fabricados para forma el 3D microtissues y microcryogels individuales o conjuntos de microcryogel y fueron aplicados a la terapia regenerativa y de la droga detección, respectivamente (figura 1). Microstencil fichas de matriz de PMMA fueron aplicados como m...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Regenerativos modelos de medicina y en vitro para la detección de drogas son dos aplicaciones importantes de tejido ingeniería5,6,7,8,9. Mientras que estas dos aplicaciones tienen necesidades muy diferentes, una tierra común entre ellos radica en la necesidad de una más biomiméticos condición de cultivo para mejorar las funciones de la célula

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgements

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Este trabajo fue apoyado financieramente por la Fundación Nacional de Ciencias naturales de China (subvenciones: 81522022, 51461165302). Los autores desean reconocer a todos los miembros de laboratorio de Du de asistencia general.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
GelatinasigmaG7041Todos los demás reactivos se compraron a Sigma-Aldrich (St. Louis, MO) a menos que se indique lo contrario.
Glutaraldehído J& K902042Se utiliza como reticulante en la preparación del material.
Cubreobjetos de vidrio (24 x 50 mm)CITOGLASS, China10212450CPara raspar la solución del cursor en chips de matriz de microplantillas.
Sodio  borohidruro de NaBH4Beijing Chemical Works116-8Para lavar el glutaraldehído restante después de la gelificación.
Tarro de vacíoasperts, ChinaVC8130Para conservar microgeles al vacío.
Láminas de polimetilmetacrilato (PMMA);Sunjin Electronics Co., Ltd, ChinaHojas ordinarias de PMMA.
Sistema láserRayjet Rayjet, AustraliaRayjet 50 C30Para grabar láminas de PMMA para formar pozos.
Limpiador de plasmaMycro Technologies, EE. UU.PDC-32GPara hacer que el PMMA sea hifofílico.
LiofilizadorBoyikang, ChinaSC21CLPara liofilizar materiales.
Solución de azul de tripano (0.4%)Zhongkekeao, ChinaDA0065Para teñir microgeles.
Clorhidrato de doxorrubicinaENERGY CHEMICAL, ChinaA01E0801360010Para probar la resistencia a los medicamentos de las células en microgel 2D o 3D.
Ensayo vivo/muertoDojindo Molecular Technologies (Kumamoto, Japón)CS01-10Para distinguir células vivas y muertas.
Cell Titer-BluePromega (Wisconsin, Estados Unidos).G8080Para probar la viabilidad de la célula.
Filtro de célulasBD Biosciences, USA352360Para recolectar microgeles.
D-LuciferinSYNCHEM (Alemania)s039Para pegar células.
Microscopio electrónico de barridoFEI, EE. UUQuanta 200Para caracterizar la morfología del microgel.
  Máquina de ensayos mecánicosBose, USA3230Para medir las características mecánicas.
Bomba de jeringa programable World Precision Instruments, EE. UUALADINI 1000Para probar injactabiliy.
Medidor de fuerza digitalHBO, Yueqing Haibao Instrument Co., Ltd., ChinaH-50 Para probar injactabiliy.
Sistema de esterilización por óxido de etilenoAnprolene, Anderson Sterilization, Inc., Haw River, NCAN74iPara esterilizar microgeles con gas de óxido de etileno.
Lector de microplacasMolecular Devices, EE. UUM5Para medir la intensidad de fluorescencia en micro-array.
Microscopio confocalNikon, JapónA1RsiPara observar la distribución celular en 3D.
Xenógeno  Sistema de imagen Lumina IICaliper Life Sciences, EE. UU.IVISPara rastrear células en animales.
Estado de trabajo líquidoDiseño de albaricoque,pipeta S de. Para cargar el medio o la suspensión de celda de alta potencia.
. . . EE. UU

References

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Cukierman, E., Pankov, R., Stevens, D. R., Yamada, K. M. Taking cell-matrix adhesions to the third dimension. Science. 294 (5547), 1708-1712 (2001).
  2. Abbott, A. Cell culture: biology's new dimension. Nature. 424 (6951), 870-872 (2003).
  3. Loessner, D., et al. Bioengineered 3D platform to explore cell-ECM interactions and drug resistance of epithelial ovarian cancer cells. Biomaterials. 31 (32), 8494-8506 (2010).
  4. Fischbach, M. A., Bluestone, J. A., Lim, W. A. Cell-based therapeutics: the next pillar of medicine. Sci Transl Med. 5 (179), 179(2013).
  5. Kuraitis, D., Giordano, C., Ruel, M., Musaro, A., Suuronen, E. J. Exploiting extracellular matrix-stem cell interactions: a review of natural materials for therapeutic muscle regeneration. Biomaterials. 33 (2), 428-443 (2012).
  6. Breslin, S., O'Driscoll, L. Three-dimensional cell culture: the missing link in drug discovery. Drug Discov Today. 18 (5-6), 240-249 (2013).
  7. Lovitt, C. J., Shelper, T. B., Avery, V. M. Miniaturized three-dimensional cancer model for drug evaluation. Assay Drug Dev Technol. 11 (7), 435-448 (2013).
  8. Yoshii, Y., et al. High-throughput screening with nanoimprinting 3D culture for efficient drug development by mimicking the tumor environment. Biomaterials. 51, 278-289 (2015).
  9. Li, X., et al. Micro-scaffold array chip for upgrading cell-based high-throughput drug testing to 3D using benchtop equipment. Lab Chip. 14 (3), 471-481 (2014).
  10. Qi, C., Yan, X., Huang, C., Melerzanov, A., Du, Y. Biomaterials as carrier, barrier and reactor for cell-based regenerative medicine. Protein Cell. 6 (9), 638-653 (2015).
  11. Li, Y., et al. Primed 3D injectable microniches enabling low-dosage cell therapy for critical limb ischemia. Proc Natl Acad Sci U S A. 111 (37), 13511-13516 (2014).
  12. Liu, W., et al. Magnetically controllable 3D microtissues based on magnetic microcryogels. Lab Chip. 14 (15), 2614-2625 (2014).
  13. Zhao, S., Zhao, H., Zhang, X., Li, Y., Du, Y. Off-the-shelf microsponge arrays for facile and efficient construction of miniaturized 3D cellular microenvironments for versatile cell-based assays. Lab Chip. 13 (12), 2350-2358 (2013).
  14. Liu, W., et al. Microcryogels as injectable 3-D cellular microniches for site-directed and augmented cell delivery. Acta Biomater. 10 (5), 1864-1875 (2014).
  15. Hakanson, M., et al. Controlled breast cancer microarrays for the deconvolution of cellular multilayering and density effects upon drug responses. PLoS One. 7 (6), e40141(2012).
  16. Du, Y., et al. Rapid generation of spatially and temporally controllable long-range concentration gradients in a microfluidic device. Lab Chip. 9 (6), 761-767 (2009).
  17. He, J., et al. Microfluidic synthesis of composite cross-gradient materials for investigating cell-biomaterial interactions. Biotechnol Bioeng. 108 (1), 175-185 (2011).
  18. Zeng, Y., et al. Preformed gelatin microcryogels as injectable cell carriers for enhanced skin wound healing. Acta Biomater. 25, 291-303 (2015).
  19. Yang, F., et al. Genetic engineering of human stem cells for enhanced angiogenesis using biodegradable polymeric nanoparticles. Proc Natl Acad Sci U S A. 107 (8), 3317-3322 (2010).
  20. Zhang, L., et al. Delayed administration of human umbilical tissue-derived cells improved neurological functional recovery in a rodent model of focal ischemia. Stroke. 42 (5), 1437-1444 (2011).
  21. Kinnaird, T., et al. Local delivery of marrow-derived stromal cells augments collateral perfusion through paracrine mechanisms. Circulation. 109 (12), 1543-1549 (2004).
  22. Fischbach, C., et al. Engineering tumors with 3D scaffolds. Nat Methods. 4 (10), 855-860 (2007).
  23. Dhiman, H. K., Ray, A. R., Panda, A. K. Three-dimensional chitosan scaffold-based MCF-7 cell culture for the determination of the cytotoxicity of tamoxifen. Biomaterials. 26 (9), 979-986 (2005).
  24. Gimble, J. M., Guilak, F., Bunnell, B. A. Clinical and preclinical translation of cell-based therapies using adipose tissue-derived cells. Stem Cell Res Ther. 1 (2), (2010).
  25. Thai, H. M., et al. Implantation of a three-dimensional fibroblast matrix improves left ventricular function and blood flow after acute myocardial infarction. Cell Transplant. 18 (3), 283-295 (2009).
  26. Moreira Teixeira, L. S., et al. High throughput generated micro-aggregates of chondrocytes stimulate cartilage formation in vitro and in vivo. Eur Cell Mater. 23, 387-399 (2012).
  27. Ifkovits, J. L., et al. Injectable hydrogel properties influence infarct expansion and extent of postinfarction left ventricular remodeling in an ovine model. Proc Natl Acad Sci U S A. 107 (25), 11507-11512 (2010).
  28. Murphy, A. R., Laslett, A., O'Brien, C. M., Cameron, N. R. Scaffolds for 3D in vitro culture of neural lineage cells. Acta Biomater. , (2017).
  29. Cheng, V., et al. High-content analysis of tumour cell invasion in three-dimensional spheroid assays. Oncoscience. 2 (6), 596-606 (2015).
  30. Huber, J. M., et al. Evaluation of assays for drug efficacy in a three-dimensional model of the lung. J Cancer Res Clin Oncol. 142 (9), 1955-1966 (2016).
  31. Lamichhane, S. P., et al. Recapitulating epithelial tumor microenvironment in vitro using three dimensional tri-culture of human epithelial, endothelial, and mesenchymal cells. BMC Cancer. 16, 581(2016).
  32. Ware, M. J., et al. Generation of an in vitro 3D PDAC stroma rich spheroid model. Biomaterials. 108, 129-142 (2016).
  33. Monjaret, F., et al. Fully Automated One-Step Production of Functional 3D Tumor Spheroids for High-Content Screening. J Lab Autom. 21 (2), 268-280 (2016).
  34. Shologu, N., et al. Recreating complex pathophysiologies in vitro with extracellular matrix surrogates for anticancer therapeutics screening. Drug Discov Today. 21 (9), 1521-1531 (2016).
  35. Ho, W. J., et al. Incorporation of multicellular spheroids into 3-D polymeric scaffolds provides an improved tumor model for screening anticancer drugs. Cancer Sci. 101 (12), 2637-2643 (2010).
  36. Pathak, A., Kumar, S. Independent regulation of tumor cell migration by matrix stiffness and confinement. Proc Natl Acad Sci U S A. 109 (26), 10334-10339 (2012).
  37. Wei, S. C., et al. Matrix stiffness drives epithelial-mesenchymal transition and tumour metastasis through a TWIST1-G3BP2 mechanotransduction pathway. Nat Cell Biol. 17 (5), 678-688 (2015).
  38. Romero-Lopez, M., et al. Recapitulating the human tumor microenvironment: Colon tumor-derived extracellular matrix promotes angiogenesis and tumor cell growth. Biomaterials. 116, 118-129 (2017).
  39. Xu, X., Sabanayagam, C. R., Harrington, D. A., Farach-Carson, M. C., Jia, X. A hydrogel-based tumor model for the evaluation of nanoparticle-based cancer therapeutics. Biomaterials. 35 (10), 3319-3330 (2014).
  40. Xu, X., et al. Recreating the tumor microenvironment in a bilayer, hyaluronic acid hydrogel construct for the growth of prostate cancer spheroids. Biomaterials. 33 (35), 9049-9060 (2012).
  41. Nyga, A., Loizidou, M., Emberton, M., Cheema, U. A novel tissue engineered three-dimensional in vitro colorectal cancer model. Acta Biomater. 9 (8), 7917-7926 (2013).
  42. Yip, D., Cho, C. H. A multicellular 3D heterospheroid model of liver tumor and stromal cells in collagen gel for anti-cancer drug testing. Biochem Biophys Res Commun. 433 (3), 327-332 (2013).
  43. Hoare, T. R., Kohane, D. S. Hydrogels in drug delivery: Progress and challenges. Polymer. 49 (8), 1993-2007 (2008).
  44. Delgado, L. M., Bayon, Y., Pandit, A., Zeugolis, D. I. To cross-link or not to cross-link? Cross-linking associated foreign body response of collagen-based devices. Tissue Eng Part B Rev. 21 (3), 298-313 (2015).
  45. Florczyk, S. J., et al. Porous chitosan-hyaluronic acid scaffolds as a mimic of glioblastoma microenvironment ECM. Biomaterials. 34 (38), 10143-10150 (2013).
  46. Kimlin, L. C., Casagrande, G., Virador, V. M. In vitro three-dimensional (3D) models in cancer research: an update. Mol Carcinog. 52 (3), 167-182 (2013).
  47. Zhang, M., Boughton, P., Rose, B., Lee, C. S., Hong, A. M. The use of porous scaffold as a tumor model. Int J Biomater. 2013, 396056(2013).
  48. Wang, J., et al. Engineering EMT using 3D micro-scaffold to promote hepatic functions for drug hepatotoxicity evaluation. Biomaterials. 91, 11-22 (2016).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

3D MicrotissuesMicrocryogel FabricationInjectable Regenerative TherapyHigh throughput Drug ScreeningCryogelation TechnologyGelatin MicrocryogelsCell loaded CarriersOn chip AssemblyMouse Limb IschemiaResazurin Assay

Related Articles