Patrón de la geometría de las colonias de células madre embrionarias humanas en sustratos compatibles para controlar la mecánica de nivel de tejido

Jonathon  M. Muncie; Roberto Falcón-Banchs; Johnathon  N. Lakins; Lydia  L. Sohn; Valerie  M. Weaver

doi:10.3791/60334

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Artículo de método

Patrón de la geometría de las colonias de células madre embrionarias humanas en sustratos compatibles para controlar la mecánica de nivel de tejido

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DOI:

10.3791/60334

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28 de septiembre de 2019

Jonathon M. Muncie¹^,² , Roberto Falcón-Banchs¹ , Johnathon N. Lakins² , Lydia L. Sohn¹^,³ , Valerie M. Weaver²^,⁴^,⁵^,⁶

¹Graduate Program in Bioengineering, University of California San Francisco and University of California Berkeley, ²Center for Bioengineering and Tissue Regeneration, Department of Surgery, University of California San Francisco, ³Department of Mechanical Engineering, University of California Berkeley, ⁴Eli and Edythe Broad Center of Regeneration Medicine and Stem Cell Research, University of California San Francisco, ⁵UCSF Comprehensive Cancer Center, Helen Diller Family Cancer Research Center, University of California San Francisco, ⁶Department of Anatomy, Department of Bioengineering and Therapeutic Sciences, and Department of Radiation Oncology, University of California San Francisco

En este artículo

Resumen

Los ligandos de matriz extracelular se pueden patrones en hidrogeles de poliacrilamida para permitir el cultivo de células madre embrionarias humanas en colonias confinadas en sustratos compatibles. Este método se puede combinar con microscopía de fuerza de tracción y ensayos bioquímicos para examinar la interacción entre la geometría del tejido, las fuerzas generadas por células y la especificación del destino.

Resumen

Las células madre embrionarias humanas demuestran una capacidad única para responder a los morfogens in vitro mediante patrones autoorganizadores de especificación del destino celular que corresponden a la formación primaria de la capa germinal durante la embriogénesis. Por lo tanto, estas células representan una poderosa herramienta con la que examinar los mecanismos que impulsan el desarrollo humano temprano. Hemos desarrollado un método para cultivar células madre embrionarias humanas en colonias confinadas en sustratos compatibles que proporciona control sobre la geometría de las colonias y su entorno mecánico con el fin de recapitular los parámetros físicos que embriogénesis de la subestimación. La característica clave de este método es la capacidad de generar hidrogeles de poliacrilamida con patrones definidos de ligando de matriz extracelular en la superficie para promover la unión celular. Esto se logra fabricando plantillas con los patrones geométricos deseados, utilizando estas plantillas para crear patrones de ligando de matriz extracelular en los labios de las cubiertas de vidrio, y transfiriendo estos patrones a hidrogeles de poliacrilamida durante la polimerización. Este método también es compatible con la microscopía de fuerza de tracción, lo que permite al usuario medir y mapear la distribución de las fuerzas generadas por células dentro de las colonias confinadas. En combinación con los ensayos bioquímicos estándar, estas mediciones se pueden utilizar para examinar el papel que desempeñan las señales mecánicas en la especificación del destino y la morfogénesis durante el desarrollo humano temprano.

Introducción

Las células madre embrionarias humanas (HESC) son muy prometedoras para su uso en aplicaciones de medicina regenerativa e ingeniería de tejidos. La naturaleza pluripotente de estas células les da la capacidad de diferenciarse en cualquier tipo de célula adulta. Si bien se han hecho grandes avances en la dirección del destino de los hESC a determinados tipos de células, se ha mantenido muy difícil generar tejidos enteros u órganos de novo¹^,²^,³^,⁴^, ⁵. Esto se debe, en gran parte, a una comprensión li....