Siembra celular escalonada en andamios teselados para estudiar la brotación de los vasos sanguíneos

Ariel A. Szklanny; Dylan B. Neale; Joerg Lahann; Shulamit Levenberg

doi:10.3791/61995

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Artículo de método

Siembra celular escalonada en andamios teselados para estudiar la brotación de los vasos sanguíneos

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DOI:

10.3791/61995

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14 de enero de 2021

Ariel A. Szklanny¹ , Dylan B. Neale² , Joerg Lahann² , Shulamit Levenberg¹

¹Faculty of Biomedical Engineering, Technion, ²Department of Chemical Engineering and Biointerfaces Institute, University of Michigan, Ann Arbor

En este artículo

Resumen

Los tejidos diseñados dependen en gran medida de las redes vasculares adecuadas para proporcionar nutrientes y gases vitales y eliminar los desechos metabólicos. En este trabajo, un protocolo de siembra escalonada de células endoteliales y células de apoyo crea redes vasculares altamente organizadas en una plataforma de alto rendimiento para estudiar el comportamiento de los vasos en desarrollo en un entorno 3D controlado.

Resumen

El sistema cardiovascular es un jugador clave en la fisiología humana, proporcionando nutrición a la mayoría de los tejidos en el cuerpo; los recipientes están presentes en diversos tamaños, estructuras, fenotipos, y funcionamiento dependiendo de cada tejido perfundido específico. El campo de la ingeniería de tejidos, que tiene como objetivo reparar o reemplazar los tejidos corporales dañados o faltantes, se basa en la angiogénesis controlada para crear una vascularización adecuada dentro de los tejidos diseñados. Sin un sistema vascular, las construcciones de ingeniería gruesas no se pueden nutrir suficientemente, lo que puede resultar en muerte celular, eninjerto deficiente y, en última instancia, fracaso. Por lo tanto, la comprensión y el control del comportamiento de los vasos sanguíneos diseñados es un desafío excepcional en el campo. Este trabajo presenta un sistema de alto rendimiento que permite la creación de redes de buques organizadas y repetibles para estudiar el comportamiento de los buques en un entorno de andamios 3D. Este protocolo de siembra en dos pasos muestra que los recipientes dentro del sistema reaccionan a la topografía del andamio, presentando comportamientos de brotación distintivos dependiendo de la geometría del compartimiento en el que residen los recipientes. Los resultados obtenidos y la comprensión de este sistema de alto rendimiento se pueden aplicar con el fin de informar mejores diseños de construcción de andamios bioimpresos en 3D, en los que la fabricación de varias geometrías 3D no se puede evaluar rápidamente cuando se utiliza la impresión 3D como base para entornos biológicos celularizados. Además, la comprensión de este sistema de alto rendimiento se puede utilizar para la mejora de la investigación rápida de la droga, el desarrollo rápido de los modelos de las co-culturas, y la investigación de estímulos mecánicos en la formación del vaso sanguíneo para profundizar el conocimiento del sistema vascular.

Introducción

El campo de la ingeniería de tejidos está progresando rápidamente hacia la fabricación de construcciones de ingeniería para reemplazar órganos y tejidos perdidos o dañados¹. Sin embargo, las construcciones completamente funcionales todavía tienen que ser alcanzadas, en parte, puesto que la generación de las redes vasculares operacionales para la nutrición del tejido sigue siendo un desafío excepcional. Sin la vascularización adecuada, los tejidos diseñados se limitan a un transporte de difusión pasiva de oxígeno y nutrientes, limitando el espesor máximo viable del tejido al límite de difusión, aproximadamente 200 μm^2. Tales espesores....