Artículo de método

3D Cell-Printed Hypoxic Cancer-on-a-Chip Para Recapitular la Progresión Patológica Del Cáncer Sólido

DOI:

10.3791/61945

⸱

5 de enero de 2021

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Mechanical Engineering, Pohang University of Science and Technology (POSTECH), 2Department of Creative IT Engineering, Pohang University of Science and Technology (POSTECH), 3Department of Rural and Biosystems Engineering, College of Agriculture and Life Sciences, Chonnam National University

* These authors contributed equally

En este artículo

Resumen

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La hipoxia es un sello distintivo del microambiente tumoral y desempeña un papel crucial en la progresión del cáncer. Este artículo describe el proceso de la fabricación de un cáncer-en-una-viruta hipóxico basado en tecnología de célula-impresión 3D para recapitular una patología hipoxia-relacionada del cáncer.

Resumen

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El microambiente del cáncer tiene un impacto significativo en la progresión de la enfermedad. Particularmente, la hipoxia es el conductor dominante de la supervivencia, de la invasión, y de la quimiorresistencia del cáncer. Aunque varios modelos ines vitro se hayan desarrollado para estudiar patología hipoxia-relacionada del cáncer, la interacción compleja del microambiente del cáncer observado in vivo no se ha reproducido todavía debido a la carencia del control espacial exacto. En cambio, se han propuesto enfoques de biofabricación 3D para crear sistemas microfisiológicos para una mejor emulación de la ecología del cáncer y una evaluación precisa del tratamiento contra el cáncer. Adjunto, proponemos un acercamiento de la célula-impresión 3D para fabricar un cáncer-en-un-viruta hipóxico. Los componentes hipoxia-que inducían en la viruta fueron determinados basados en una simulación de computadora de la distribución del oxígeno. los anillos concéntricos del Cáncer-tejido conectador fueron impresos usando los bioinks que contenían las células del glioblastoma y las células endoteliales para recapitular un tipo de cáncer sólido. La viruta resultante realizó hipoxia central y agravó malignidad en cáncer con la formación de marcadores patofisiológicos representativos. En general, se espera que el enfoque propuesto para crear un sistema microfisiológico sólido-cáncer-mimético cierre la brecha entre los modelos in vivo e in vitro para la investigación del cáncer.

Introducción

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El microambiente del cáncer es un factor crítico que impulsa la progresión del cáncer. Los componentes múltiples, incluyendo señales bioquímicas, biofísicas, y celulares, determinan las características patológicas del cáncer. Entre éstos, la hipoxia se asocia fuertemente a supervivencia, a la proliferación, y a la invasión del cáncer1. Debido al crecimiento y a la división ilimitados de células cancerosas, los alimentos y el oxígeno se agotan continuamente, y se genera un gradiente hipóxico. En condiciones de bajo oxígeno, las células activan el factor de transcripción inducible por hipoxia (HIF)-cascada molecular asociada. Este proceso induce ....

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Protocolo

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1. Simulación por computadora de la formación de gradiente de oxígeno

  1. Generación de un modelo de geometría 3D para la impresión de cáncer hipóxico en un chip
    1. Ejecute un software CAD 3D.
    2. Esboce el modelo de geometría del cáncer hipóxico en un chip. Pulse en Esbozar (Sketch) y seleccione el plano deseado para dibujar la geometría. Consulte el dibujo (Figura 2A) para la escala de detalle de cada pieza.
    3. Establezca el grosor de la geometría pulsando en Característica-Protrusión Jefe/Base. Introduzca el espesor deseado (consulte la

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Resultados

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El cáncer hipóxico en un chip se desarrolló utilizando tecnología de impresión celular 3D asistida por computadora para recapitular la hipoxia y la patología relacionada con el cáncer (Figura 1). El transporte y el consumo de oxígeno se simularon utilizando el modelo de geometría 3D. El chip fue diseñado en forma de anillos concéntricos para imitar la difusión y depleción radial de oxígeno, en los tejidos cancerosos(Figura 2A). D.......

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Discusión

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En este estudio, describimos el proceso de fabricación de un cáncer-en-un-viruta hipóxico basado en tecnología de la célula-impresión 3D. La formación del gradiente hipóxico en el chip diseñado se predijo a través de simulaciones por computadora. El ambiente que puede inducir un gradiente hipóxico heterogéneo se reprodujo a través de una estrategia simple que combina la barrera permeable al gas impresa en 3D y la cubierta de vidrio. Las características patológicas hipoxia-relacionadas del glioblastoma, incluyendo pseudop.......

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Divulgaciones

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Los autores no tienen revelaciones.

Agradecimientos

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Esta investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Investigación de Corea (NRF) financiada por el Ministerio de Educación (No. 2020R1A6A1A03047902 y NRF-2018H1A2A1062091) y el gobierno de Corea (MSIT) (No. NRF-2019R1C1C1009606 y NRF-2019R1A3A3005437).

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Células endoteliales de la vena umbilical humanaPromocellC-12200
U-87 CélulasMG ATCCATCC HTB-14
Desechables
0.2 μ m filtro de jeringaSartorius16534-K
10 mL jeringa desechableJung Rim10ml 21G32
10 mL vial de vidrioHubenaA0039
10 mL punta de pipeta serológicaSPL lifescience91010
15 mL tubo cónicoSPL lifescience50015
18G aguja de plásticoMusashi engineeringPN-18G-B
Punta dosificadora cónica de plástico 20GMusashi engineeringTPND-20G-U
22x50 cubierta de vidrioMARIENFIELD0101142
25 mL Punta de pipeta serológicaSPL lifescience90125
jeringas desechables de 3 mLHENKE-JET4020-X00V0
40 µ colador de célulasm Falcon352360
5 mL Punta de pipeta serológicaSPL lifescience91005
50 mL tubo cónicoSPL lifescience50050
50 mL punta de pipeta serológicaSPL lifescience90150
50N boquilla de precisiónMusashi engineeringHN-0.5ND
Papel de aluminioSINKWANG
Puntas capilaresGilsonCP1000
Raspador de célulasSPL lifescience90030
Plato confocalSPL lifescience200350
ParafilmBemisPM996
portaobjetos de histología prerrevestidoMATSUNAMIMAS-11
ReservoirSPL lifescience23050
Matraz de cultivo celular T-75SPL lifescience70075
Equipment
impresora 3DXT& R Biofab
AutoclaveJEIOTECHAC-12
CentrífugaCyrozen1580MGR
Microscopía láser confocalOlympus Life ScienceFV 1000
Microscopio de fluorescenciaFISHER SCEINTIFICO221S366
PinzaCorea Ace ScientificHC.203-30
Conteo manual mostradorKTRIO
HemocitómetroMARIENFIELD0650030
PanasonicMCO-170AIC
Cabina de flujo laminarDAECHUNG SCIENCECB-BMMS C-001
Jeringa de metalIWASHITA engineeringSUS BARREL 10CC
Tijeras de operaciónHiroseHC.13-122
HornoJEIOTECHOF-12, H070023
Pipeta de desplazamiento positivoGILSONNJ05652
FrigoríficoSAMSUNGCRFD-1141
Voltex MezcladorDAIHAN scientificVM-10
Baño de aguaDAIHAN SCIENTIFICWB-11
Purificador de aguaWASSER LABDI-GR
Materiales
0.25 % Tripsina-EDTAGibco25200-072
10x PBSIntronIBS-BP007a
4% ParaformaldehídoBiosesang
70% EtanolDaejung4018-4410
Anticuerpo anti-CD31Abcamab28364
Anticuerpo anti-HIF-1 alfaAbcamab16066
Anticuerpo anti-SHMT2/SHMTAbcamab88664
Anticuerpo anti-SOX2Abcamab75485
Albúmina sérica bovinaThermo scientificJ10857-22
Colágeno de piel porcinaDalim tissenPC-001-1g
DAPI (4',6- Diamindino-2-fenilindol, diclorhidrato)ThermofisherD1306
Medio de crecimiento de células endoteliales-2PromocellC22011
Suero fetal bovinoGibco12483-020
Anticuerpo secundario de adsorción cruzada anti-ratón IgG (H+L) de cabra, Alexa Fluor 488TheromofisherA-11001
IgG (H+L) de adsorción cruzada de cabra Anticuerpo, Alexa Fluor 594TheromofisherA-11012
Dulbecco con alto contenido de glucosa s Modified Eagle Medium(DMEM)HycloneSH30243-0
Ácido clorhídricoSigma-Aldrich311413-100ML
Kit de ensayo vivo/muertoInvitrogenL3224
Ratón IgG1, kappa monoclonal [15-6E10A7] - Isotipo ControlAbcamab170190
Penicilina/estreptomicinaGibco15140-122
Rojo de fenol soluciónSigma-AldrichP0290-100ML
Poli(etileno-acetato de vinilo) Poly science06108-500
PolidimetilsiloxanoDowhitechsylgard 184
IgG de conejo, policlonal - Control de isotiposAbcamab37415
Solución de hidróxido de sodioSamchunS0610
Triton X-100BiosesangTRI020-500-50
Azul TrypanSigma-AldrichT8154
Software
COMSOL Multiphysics 3.5aCOMSOL AB
IMS beamersoftware interno Paquete SolidWorks
Dassault Systems SolidWorks Corporation
Incubadora

Referencias

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Jing, X., et al. Role of hypoxia in cancer therapy by regulating the tumor microenvironment. Molecular Cancer. 18 (1), 157(2019).
  2. Al Tameemi, W., Dale, T. P., Al-Jumaily, R. M. K., Forsyth, N. R. Hypoxia-modified cancer cell metabolism. Frontiers in Ce....

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