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Humanas pluripotentes células madre (hPSCs)1,2 uno mismo-renovar ilimitadamente y diferenciarse en varios linajes de tejido, que podrían revolucionar el desarrollo de fármacos, terapias basadas en células, ingeniería tisular y medicina regenerativa 3 , 4 , 5 , 6. platos de cultura general y las placas de microtitulación, sin embargo, no están diseñadas para permitir la manipulación precisa de la célula física y química a nivel celular con la gama de nano a micro-metros, que es un factor crítico para la extensión celular, auto renovación y diferenciación. Para solucionar este inconveniente, los estudios han investigado los roles de microambientes celulares en la regulación de las decisiones de destino celular y funciones de la célula4. En los últimos años, un creciente número de estudios se han realizado para reconstruir microambientes celulares in vitro7,8. Procesos de fabricación de nano y micro han establecido estos microambientes mediante la manipulación de productos químicos9,10,11,12,13, 14,15,16,17 y física18,19,20 señales ambientales. Hasta ahora no había informes de investigar sistemáticamente los mecanismos subyacentes de señales ambientales físicos y químicos en las decisiones de destino celular y funciones dentro de una única plataforma.
Aquí, presentamos una estrategia basada en los principios de diseño simple para establecer una plataforma de proyección sólida (figura 1). En primer lugar, describimos el procedimiento de desarrollo de una plataforma integrada para la creación de microambientes celulares versátiles, artificiales mediante una matriz de nanofibras y una estructura de microfluidos: matriz el multiplexado Artificial celular microambiente (MACME) (Figura 1A y 2A). La matriz de nanofibras tiene 12 diferentes microambientes en diferentes combinaciones de materiales de nanofibras y densidades. Electrospinning fue utilizada para fabricar nanofibras. Los materiales de nanofibras, como poliestireno (PS)21, polymethylglutarimide (PMGI)22y23de la gelatina (GT), fueron diseñados para poner a prueba sus propiedades químicas, que puedan afectar la adhesión celular y el mantenimiento de pluripotencia ( Figura 2B). Densidades de nanofibras fueron variadas por electrospinning tiempo cambiante y las nanofibras generadas fueron definidas según sus densidades (DNF, con D = XLow/Low/Mid/High). La estructura de microfluidos se compone de polidimetilsiloxano (PDMS) albergar 48 cámaras de cultivo celular, que pueden colocarse a lo largo de las dimensiones estándar de la microplaca de 96 pozos. PDMS es un polímero biocompatible y gas intercambiables que generalmente se utiliza para fabricar dispositivos de microfluidos24. Cada canal microfluídico fue diseñado para ser 700 μm ancho 8.4 mm de largo y tenía dos entradas en sus bordes (cuadro 1). Las cámaras tenían diferentes alturas (250, 500 y 1000 μm) para manipular las iniciales siembra celular densidades (0.3, 0.6 y 1.2 × 105 células/cm2), que pueden correlacionar con la supervivencia, proliferación y diferenciación de hPSCs25 (Figura 2C). El número de células sembradas en una cámara es proporcional a la densidad de la columna sobre el piso de la cámara, y así siembra la densidad de la célula inicial fue controlada introduciendo la misma suspensión de células en cámaras de cultivo con diferentes alturas. Todos los canales fueron diseñados para ser ≥ 250 μm de altura26 para minimizar los efectos de la tensión de oxígeno27 y tensión de esquileo28 en las células. Canal alturas de 250, 500 y 1000 μm son abreviados aquí como XCD con X = Low, Mid y High, respectivamente. Los ambientes con nanofibras distintas densidades y densidades de siembra de células iniciales fueron acortados como "Material_NF density_Cell densidad" (por ejemplo, GT_HighNF_HighCD: un entorno caracterizado por alta densidad GT nanofibras y alta inicial de la célula-siembra densidad).
Posteriormente, describimos cómo realizar el análisis unicelular para investigar sistemáticamente el comportamiento de la célula en respuesta a factores ambientales (figura 1B). Como una prueba de concepto, se identificaron el entorno celular óptimo para hPSC auto renovación, que es una función clave para hPSC mantenimiento (figura 1B)29. Citometría de imagen, seguida por análisis estadísticos, permite la interpretación cuantitativa de respuestas fenotípicas celulares individuales a entornos celulares. Entre una variedad de funciones celulares, este artículo proporciona un procedimiento detallado para identificar las condiciones óptimas para mantener hPSC auto renovación.