Name: Bioimpresión directa de esferoides multicelulares de mama 3D en redes endoteliales (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-11-02T13:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 7 s
Description: Aprende a bioimprimir esferoides epiteliales de mama sobre redes endoteliales preformadas para crear modelos 3D de co-cultivo. Esta técnica versátil permite estudios de cribado de fármacos y avances en medicina de precisión personalizada.

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Esta investigación fue financiada por NIH 1R01HL140239-01 a AMC. Nos gustaría dar las gracias al Centro de Imágenes Celulares de la Universidad drexel.

1. Crecimiento de células epiteliales mamarias y medios de ensayo
<ol><li>Células epiteliales mamarias MCF10A NOTA: La línea celular epitelial mamaria inmortalizada no tumorigénica se deriva de una paciente con enfermedad fibroquística43. Las células no expresan el receptor de estrógeno.<ol>
<li>Para preparar 20 μg/mL factor de crecimiento epidérmico (EGF), disolver 100 μg de EGF liofilizado en 500 μL de dH estéril2O para hacer 200 μg/mL EGF. Añadir 500 μL de 200 μg/mL de EGF en 4,5 ml de BSA estéril del 0,1% en dH2O para hacer una solución de stock de EGF de 20 μg/mL. Almacene los alíquesas de EGF preparados de 20 μg/ml a -20 °C durante un tiempo de hasta 12 meses.</li>
		<li>Para preparar hidrocortisona de 500 μg/ml, diluya 1 mg de hidrocortisona en 1 ml de etanol absoluto (200 a prueba). Añadir 1 ml de DMEM F:12 estéril a esta mezcla para hacer una solución de 500 μg/mL de material hidrocortisona. Almacene los alíquesas de acciones de hidrocortisona a -80 °C durante un tiempo de hasta 12 meses.</li>
		<li>Para preparar 10 μg/ml de toxina del cólera, disolver 1 mg de polvo liofilizado de toxina del cólera en 1 ml de dHestéril 2O para hacer una solución de 1 mg/ml de caldo de toxina de cólera. Almacene las alícuotas de material de toxinas de cólera a -80 °C durante un plazo de hasta 12 meses.</li>
		<li>Para preparar el medio de crecimiento, añadir 500 μL de FEAG (20 μg/ml), 500 μL de hidrocortisona (500 μg/ml), 5 μL de toxina del cólera (1 mg/ml), 500 μL de insulina bovina (10 mg/ml), 10 ml de penicilina y estreptomicina, y 25 ml de suero de caballo a 500 ml de DMEM F:12 para una concentración final de 20 ng/mL de EGF, hidrocortisona de 500 ng/ml, toxina de cólera de 10 ng/ml, insulina bovina de 10 ng/ml, penicilina v/v 2% y estreptomicina, y 5% v/v de suero de caballo. La concentración de antibióticos se incrementó al 2% para tener en cuenta la disminución de la esterilidad en el proceso de bioimpresión; sin embargo, la concentración de antibióticos se puede reducir al 1%.</li>
		<li>Para preparar el medio de ensayo, añadir 500 μL de hidrocortisona (500 μg/ml), 5 μL de toxina del cólera (1 mg/ml), 500 μL de insulina bovina (10 mg/ml), 10 ml de penicilina y estreptomicina, y 25 ml de suero de caballo a 500 ml de DMEM F:12 para una concentración final de hidrocortisona de 500 ng/ml, toxina de cólera de 10 ng/ml, 10 ng/ml de insulina bovina, 2% de penicilina v/v y estreptomicina, y 5% de suero de caballo v/v.</li>
	</ol>
</li>
	<li>MDA-MB-231 NOTA: La línea de células epiteliales de cáncer de mama triple negativo (que carece de receptor de estrógeno, receptor de progesterona y receptor de factor de crecimiento epidérmico 2) se crea a partir del derrame pleural de una paciente femenina con adenocarcinoma mamario metastásico44. Las células representan un cáncer de mama agresivo, invasivo y mal diferenciado.<ol>
<li>Para preparar el medio de crecimiento y ensayo, añadir 50 ml de suero bovino fetal, 10 ml de penicilina y estreptomicina, y 25 ml de suero de caballo a 500 ml de DMEM para una concentración final 10% v/ v suero bovino fetal, 2% v / v penicilina y estreptomicina, y 5% v / v suero de caballo.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Cultivo de células epiteliales mamarias
<ol><li>Semillas 500.000 células MCF10A o MDA-MB-231 en un plato de cultivo de tejidos de 10 cm (P100) con 10 ml de MCF10A o MDA-MB-231. Las células MCF10A y MDA-MB-231 alcanzan >90% de confluencia en 48 horas.</li>
	<li>Para pasar las células epiteliales mamarias, primero lave las células con 10 ml de PBS caliente.</li>
	<li>Desasociar las células epiteliales mamarias añadiendo 2 ml de 0.05% trypsina-EDTA al plato. Coloque el plato en una incubadora de 37 °C, 5% CO2 durante 20-25 minutos.</li>
	<li>Agregue 5 ml de MCF10A o MDA-MB-231 Growth Medium a las células trippsinizadas para neutralizar la trippsina. Pipetear la mezcla de medios celulares hacia arriba y hacia abajo para resuspend células y romper cúmulos celulares.</li>
	<li>Añada la suspensión celular a un tubo cónico de 15 ml y a una centrífuga a 1.200 x g durante 3 minutos. Aspirar cuidadosamente el sobrenadante y resuspend el pellet de celda en 5 ml de MCF10A o MDA-MB-231 Medio de crecimiento.</li>
	<li>Placa 1 mL de suspensión celular en 5 nuevos platos de cultivo de tejido de 10 cm junto con MCF10A o MDA-MB-231 Medio de crecimiento. Coloque los platos en una incubadora de 37 °C, 5% CO2. Las células estarán listas para ser aprobadas de nuevo en 2-3 días. Las células MCF10A se pueden mantener hasta el paso número 35, después de lo cual muestran cambios morfológicos. Las células MDA-MB-231 se pueden mantener hasta el paso número 24, después de lo cual muestran cambios morfológicos.</li>
</ol>3. Formación de esferoides epiteliales mamales
<ol><li>Congele 200 puntas de pipeta de μL durante 30 minutos antes de iniciar el ensayo. Mantenga la solución de matriz reducida del factor de crecimiento (por ejemplo, Matrigel) (10 mg/ml) en hielo durante todo el proceso.</li>
	<li>Pipeta lentamente 30 μL de solución de matriz helada utilizando puntas de pipeta heladas de 200 μL en cada pozo de un tobogán de cámara de 8 pozos. Comience por los lados y arrastre la punta de la pipeta a lo largo de las esquinas, añadiendo una gota final al centro del pozo para asegurar el recubrimiento uniforme de cada pozo. Evite burbujas de aire durante este paso para garantizar una capa de solución de matriz uniforme. Utilice nuevas puntas de pipeta para cada pozo.</li>
	<li>Incubar diapositivas de cámara en una incubadora de 37 °C, 5% CO2 durante 15-20 minutos para polimerizar la solución de matriz.</li>
	<li>Células MCF10A resuspend trypsinizadas en mcf10A assay Medium en 200,000 células/mL o células resuspend trypsinized MDA-MB-231 en MDA-MB-231 Medio de crecimiento a 200,000 células/ml.</li>
	<li>Si utiliza células MCF10A, prepare el medio de crecimiento esferoide MCF10A fresco añadiendo 5 μL de EGF (20 μg/ml) y 100 μL de solución matricial a 5 ml de Assay Medium para una concentración final de solución de matriz del 2%.</li>
	<li>Retire la diapositiva de cámara precodada con solución de matriz de la incubadora. Agregue 50 μL de suspensión celular MCF10A o MDA-MB-231 (10.000 células) a cada pozo. Si utiliza células MCF10A, agregue 450 μL de MCF10A Spheroid Growth Medium. Si utiliza células MDA-MB-231, agregue 450 μL de MDA-MB-231 Growth Medium premezclado con solución de matriz del 2% (9 μL). Coloque inmediatamente la diapositiva de la cámara en una incubadora de 37 °C, 5% CO2.</li>
	<li>Reemplace el medio cada 4 cuatro días. Pipeta cuidadosamente 200 μL de medios antiguos de una esquina de cada pozo utilizando una punta de pipeta de 200 μL. Durante este proceso, incline la diapositiva de la cámara a 45° para asegurarse de que los esferoides no se alteran. Añadir 200 μL de MCF10A Spheroid Growth Medium recién preparado o MDA-MB-231 Growth Medium mezclado previamente con una solución de matriz del 2% a cada pozo en la esquina en gotas para asegurarse de que los esferoides permanezcan unidos a la capa de matriz. Sólo ~ 50% de los medios se reemplazan de modo que todas las citoquinas producidas por los esferoides no están completamente agotados. NOTA: Los esferoides epiteliales de mama MCF10A tardan hasta 8 días en polarizar y formar centros huecos. Los esferoides epiteliales mamario MDA-MB-231 tardan hasta 5 días en formarse y no tienen centros huecos.</li>
</ol>4. Formación de redes celulares endoteliales
<ol><li>Cultivo de células endoteliales de vena umbilical humana (HUVEC)<ol>
<li>Añadir el contenido de un único kit de crecimiento endotelial medio-2 que contiene factor de crecimiento de insulina, factor de crecimiento de fibroblastos, factor de crecimiento endotelial vascular, ácido ascórbico, factor de crecimiento epidérmico, heparina y gentamicina-anfotericina B, junto con 50 ml de suero bovino fetal, 5 ml de penicilina-estreptomicina y 5 ml de glutamina de 200 mM a 500 ml de basal basal endotelial medio-2 (EBM-2) para crear un medio de crecimiento endotelial completo (EGM-2).</li>
		<li>Semillas 500.000 células endoteliales en un plato de cultivo tisular de 10 cm en 10 ml de EGM-2. Coloque las células en una incubadora de 37 °C, 5% CO2 hasta que alcancen >80% de confluencia (alrededor de 48 horas).</li>
		<li>A las células de paso, lave las células endoteliales con 10 ml de PBS caliente. Desenganche HUVEC añadiendo 2 ml de 0.05% Trypsin-EDTA al plato de cultivo de tejido de 10 cm. Monitoree de cerca las células por microscopía de contraste de fase. Las células están listas cuando son en bolas, pero permanecen unidas al plato.</li>
		<li>Aspirar cuidadosamente la trypsin fuera del plato. Añadir 8 ml de EGM-2 al plato. Lave las células del plato pipeteando el EGM-2 hacia arriba y hacia abajo sobre toda la superficie del plato.</li>
		<li>Alternativamente, agregue 5 ml de EGM-2 a las células trippsinizadas para neutralizar la trypsina. Pipetear la mezcla de medios celulares hacia arriba y hacia abajo para resuspend células y romper cúmulos celulares. Añada la suspensión celular a un tubo cónico de 15 ml y a una centrífuga a 1.200 x g durante 3 minutos. Aspirar cuidadosamente el sobrenadante y resuspend el pellet celular en 10 mL de EGM-2.</li>
		<li>Añadir 1 ml de suspensión celular a 9 ml de EGM-2 en un plato de cultivo de tejido de 10 cm. Coloque los platos en una incubadora de 37 °C, 5% CO2. Intercambio 2/3 del medio con EGM-2 fresco cada 2 días. Las células estarán listas para pasar en 3-5 días. HUVEC se puede mantener hasta el paso 8 después del cual no pueden formar redes.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Formación de redes de células endoteliales (HUVEC)</li>
	<li>Congele 200 puntas de pipeta de μL durante 30 minutos antes de iniciar el ensayo. Mantenga la solución de matriz reducida del factor de crecimiento (10 mg/ml) en hielo durante todo el proceso.</li>
	<li>Pipeta lentamente 30 μL de solución de matriz helada utilizando puntas de pipeta heladas de 200 μL en cada pozo de un tobogán de cámara de 8 pozos. Comience por los lados y arrastre la punta de la pipeta a lo largo de las esquinas, añadiendo una gota final al centro del pozo para asegurar el recubrimiento uniforme de cada pozo. Evite burbujas de aire durante este paso para garantizar una capa de solución de matriz uniforme. Utilice nuevas puntas de pipeta para cada pozo.</li>
	<li>Incubar portaobjetos de cámara en una incubadora de 37 °C, 5% CO2 durante 15-20 minutos para polimerizar Matrigel.<ol>
<li>Pre-manchar un plato de 10 cm de HUVEC con 10 μL de rastreador de células rojas (1:1000) durante 30 minutos en 37 °C, 5% co2 incubadora.</li>
		<li>Lave las células endoteliales con 10 ml de PBS caliente. Desenganche HUVEC añadiendo 2 ml de 0.05% Trypsin-EDTA al plato de cultivo de tejido de 10 cm. Coloque el plato en una incubadora de 37 °C, 5% CO2 durante 5 minutos para separar completamente las células.</li>
		<li>Añadir 5 ml de EGM-2 al plato para neutralizar la trypsina. Transfiera la suspensión celular a un tubo cónico de 25 ml. Centrífuga HUVEC a 1.200 x g durante 5 minutos. Aspirar el sobrenadante y resuspend el pellet celular en 5 ml de EBM-2 sin suero.</li>
		<li>Cuente celdas usando Trypan blue para determinar celdas viables. Cree una solución de 1 x10 6 celdas/ml.</li>
		<li>Añadir 100.000 HUVEC a cada pozo con 200 μL de EBM-2 libre de suero. Si se agregan más celdas, crearán una monocapa de superficie en lugar de una red de tubos.</li>
		<li>Incubar HUVEC en una incubadora de 37 °C, 5% CO2. Después de 6 horas, imagen HUVEC redes por microscopía de contraste fase. Las redes ya están listas para la cocultura con esferoides de pecho.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. Bioimpresión de esferoides epiteliales mamario en redes HUVEC preformadas
NOTA: Se debe utilizar un sistema de biodeposición de boquilla dual para el proceso de biofabricación. En este caso, el sistema tenía tres brazos de movimiento para permitir el control espacial a escala de micron de la deposición de material, así como dos motores accionados por tornillo para depositar bioink de jeringas de 10 ml. El sistema debe funcionalizarse con un sistema de filtración de aire particulado de alta eficiencia, así como capacidades de esterilización UV para mantener un entorno estéril durante la bioimpresión. El bioimpresora está esterilizado uv durante una hora antes del proceso de impresión.
<ol><li>Cree esferoides epiteliales mamarios y redes HUVEC como se describió anteriormente. Calcule el número de esferoides epiteliales mamales en cada pozo contando esferoides en imágenes de microscopía de contraste de fase representativa.</li>
	<li>Corte 0,5 cm del extremo de una punta de pipeta de 1000 μL. Utilice la punta de la pipeta cortada para canalizar cuidadosamente todos los esferoides de la tobogán de cámara de 8 pozos y en un tubo de 50 ml. Esferoides resuspend en el bioink seleccionado a 100 esferoides/100 μL. NOTA: Concentraciones de esferoides más altas pueden resultar en agrupación esferoide y evitar la visualización de interacciones entre los esferoides y las redes endoteliales.</li>
	<li>Pase la mezcla de esferoides a través de un colador de células de 70 μm para eliminar cualquier esferoide grande o agrupado.</li>
	<li>Cargue los esferoides agrupados en una jeringa estéril de 10 ml y colóquela con una aguja estéril del calibre 25. Conecte la jeringa al sistema de biodeposición.</li>
	<li>Aspirar el medio de las redes HUVEC en el tobogán de cámara de 8 pozos.</li>
	<li>Extruya 100 μL de esferoides epiteliales mamales en 6 pozos de redes HUVEC a un caudal de 1 mL/min. Mantenga 2 pozos de redes HUVEC como controles.</li>
	<li>Añadir 400 μL de MCF10A Spheroid Growth Medium si utiliza esferoides MCF10A impresos en redes HUVEC o añadir 400 μL MDA-MB-231 Medio de crecimiento mezclado previamente con solución matriz del 2% si utiliza esferoides MDA-MB-231 impresos en redes HUVEC. El medio de crecimiento de esferoides respectivo debe utilizarse en pozos de control HUVEC.</li>
	<li>Incubar co-cultivos en una incubadora de 37 °C, 5% CO2 durante 24 – 96 horas sin un cambio de medios. Las coculturas seguirán siendo viables en el medio original hasta por cuatro días.</li>
</ol>6. Microscopía confocal
<ol><li>Inmunofluorescencia y preparación del tampón de lavado PBS-Glycine<ol>
<li>Preparar inmunofluorescencia (IF) buffer 10x solución de stock mediante la adición de 2,5 g de azide sódico, 5 g de albúmina sérica bovina, 10 ml de Tritón X-100, y 2,05 ml de Tween-20 en 500 ml de 10x PBS. Ajuste el pH a 7,4. Almacene la solución de stock durante un año a 4 °C para evitar la sedimentación.</li>
		<li>Cree un búfer IF en funcionamiento diluyendo 50 ml de 10x Tampón IF en 450 ml de agua desionizada estéril. Almacene la solución de trabajo a temperatura ambiente durante un tiempo de hasta una semana.</li>
		<li>Prepare 10x solución de almacenamiento en búfer PBS-Glycine añadiendo 37,5 g de glicina a 500 ml de 10x PBS. Ajuste el pH a 7,4. Almacene la solución de stock durante un tiempo de hasta 6 meses a 4 °C para evitar la sedimentación.</li>
		<li>Cree una solución PBS-Glycine en funcionamiento diluyendo 50 ml de tampón PBS-Glycine de 10x en 450 ml de agua desionizada estéril. Almacene la solución de trabajo a 4 °C durante una semana.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Etiqueta Muestras bioimpresas e imagen por microscopía confocal<ol>
<li>Aspirar medio de co-cultivos 3D bioimpresos y enjuagar 3 veces con PBS caliente. Corrija los co-cultivos 3D bioimpresos con un 4% de paraformaldehído durante 1 h a temperatura ambiente. Enjuague muestras 3 veces durante 20 minutos con 1x PBS-Glycine.</li>
		<li>Bloquee muestras con búfer IF mezclado con 10% suero de cabra durante 90 minutos (bloque primario), seguido de 40 minutos con buffer IF más 10% suero de cabra y fragmento Affinipure Fab (1:100, bloque secundario).</li>
		<li>Si utiliza esferoides MCF10A, etiquete muestras con un anticuerpo primario para integrina α6 (1:100) en búfer de bloqueo secundario durante la noche a 4 °C, seguido de un anticuerpo secundario Alexa Fluor 488 (1:200) y Hoescht 33342 (1:1000) para 1 h a temperatura ambiente protegido de la luz. Las líneas celulares MCF10A expresan altos niveles de integrina α6, que es esencial para mostrar polarización esferoide y morfología.</li>
		<li>Si utiliza esferoides MDA-MB-231, que expresan bajos niveles de integrina α6, etiquete muestras con fhalloidina Alexa Fluor 488 (1:100) y Hoescht 33342 (1:1000) en búfer de bloqueo secundario durante 4 horas a temperatura ambiente protegida de la luz. La faloidina permite la visualización del filamento actin para que se pueda evaluar la morfología amorfa e invasiva esferoide.</li>
		<li>Lave muestras con 1X PBS-glicina 3 veces durante 20 minutos.</li>
		<li>Prepare muestras para el montaje retirando la diapositiva de la cámara con la herramienta del fabricante. Agregue una pequeña gota de solución antifadios a cada pozo. Coloque una funda de 22 mm x 60 mm en cada tobogán de cámara y selle cuidadosamente los bordes con esmalte de uñas transparente.</li>
		<li>Muestras de imagen utilizando un microscopio confocal como pilas Z de ~10 rebanadas en pasos de 5 μm. Si lo desea, comprima planos Z en un solo plano mediante el comando Enfoque extendido en el software de imágenes celulares.</li>
		<li>Cuantificar la adhesión esferoide a las redes endoteliales utilizando la imagen J. El número de esferoides adherentes se puede cuantificar utilizando el plugin analyze con el tamaño de partícula y la circularidad adecuados. Normalice el número de esferoides conectados al área de imagen.</li>
		<li>Para garantizar la reproducibilidad, cuantifique el número de esferoides adheridos en 4 x 4 imágenes en mosaico de co-culturas. Si el número de esferoides es estadísticamente significativamente menor que otros experimentos, el experimento debe repetirse.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

Este protocolo es el primero de su tipo en bioimprimir esferoides en su arquitectura 3D para co-cultivo con células endoteliales también en su arquitectura 3D. Los pasos críticos del protocolo incluyen la formación inicial de esferoides epiteliales mamales y redes HUVEC. Se debe tener extrema precaución en la alimentación de esferoides epiteliales mamarios, ya que se interrumpen fácilmente de la solución de matriz. Del mismo modo, los esferoides epiteliales mamales deben tratarse con cuidado cuando se pipetizan fuera de ...

Los modelos tumorales vascularizados in vitro 3D son herramientas esenciales para el estudio mecanicista del crecimiento del cáncer y la metástasis. Para el cáncer de mama en particular, las células epiteliales mamarias cultivadas en Matrigel se organizan en esferoides polarizados que se asemejan más a la arquitectura in vivo mammary acinus1,2,3,4,5,6,7,8. Cultivo celular epitelial mamario 3D también afecta la función celular, con cultivos 3D que muestran diferencias en la modulación del receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGF)8,9; función de oncogeno, incluyendo ErbB210; crecimiento y apoptosis señalización11,12; y resistencia a la quimioterapia13,14. Las células endoteliales vasculares responden de manera similar a los estímulos ambientales en 3D frente al cultivo tradicional 2D15,16,17,18. Sin embargo, gran parte de la comprensión de las interacciones endoteliales vasculares y epiteliales mamarias proviene del cultivo 2D utilizando insertos medianos o transwell acondicionados, o modelos 3D en los que los dos tipos de células están físicamente separados19,20,21,22,23. Estos modelos de co-cultivo proporcionan una visión fisiológica limitada, ya que tanto el cultivo 3D como el contacto célula-celular son críticos para el endotelial vascular – interacciones celulares epiteliales mamarias24,25,26.
Los modelos oncológicos 3D han sido fabricados utilizando una variedad de técnicas, incluyendo la formación de esferoides colgantes, bioimpresión, montaje magnético y cultivo dentro de hidrogeles o en andamios diseñados5,27,28,29. Más recientemente, se crearon modelos de tumores 3D con múltiples tipos de células dispuestas en sus respectivas estructuras 3D. En un ejemplo de una plataforma tumoral en un chip, el cáncer, las células endoteliales y estromales se mezclaron en una matriz y luego se inyectaron en las tres cámaras del tejido central en un dispositivo de polidimetilesiloxano (PDMS). Las cámaras de tejido estaban bordeadas por dos canales exteriores que representaban una arteria y una venul. Después de 5-7 días de cultivo, las células endoteliales formaron una red microvascular y las células cancerosas proliferaron para formar pequeños tumores cerca de la vasculatura. Esta plataforma se utilizó entonces para examinar drogas y combinaciones de drogas30. Se han creado plataformas adicionales de tumor en un chip para estudiar metástasis y tipos de cáncer con estímulos mecánicos específicos (por ejemplo, tensión mecánica en el pulmón)31,32. Sin embargo, estas plataformas generalmente no incluyen vasculatura y cáncer en sus respectivas estructuras 3D.
La biofabricación muestra una gran promesa en el avance de modelos tumorales vascularizados in vitro en 3D, ya que permite un estricto control espacial sobre la ubicación celular. A pesar del crecimiento de la bioimpresión en la última década, pocos estudios se centran específicamente en tumores33,34. En un ejemplo, la impresión 3D de células HeLa en un hidrogel gelatina/alginato/fibrinógeno se utilizó para crear un modelo de cáncer cervical in vitro. Las células tumorales fueron bioimpresas como células individuales y luego se les permitió formar esferoides, que mostraron una mayor tasa de proliferación, mayor expresión de metaloproteinasa de matriz y mayor quimioterasis que las células en el cultivo2D 35. En estos estudios, como en muchos otros36,37,las suspensiones celulares disociadas fueron bioimpresas, y luego se proporcionaron los cultivos celulares con las señales mecánicas y bioquímicas requeridas para permitir que las células formen una estructura 3D. Sin embargo, el autoensamblaje celular puede tardar días o semanas, puede requerir señales ambientales espaciales y temporales complejas o no puede ocurrir cuando dos tipos de células son co-cultivadas. Por ejemplo, las células epiteliales mamarias indujeron la muerte celular en células endoteliales en el co-cultivo 2D, y las células epiteliales mamarias disociadas no formaron esferoides 3D cuando se bioimprimieron en hidrogeles de alginato/gelatina38. Las células epiteliales o cancerosas de mama disociadas formaron esferoides en bioinks a base de alginato solo cuando se encerraban en moldes circulares de PDMS. En otros casos, los esferoides se formaron utilizando gotas suspendidas en placas circulares de pozos de fijación ultrabaja y luego se mezclaron en bioinks a base de alginato39,40.
Ahora describimos un método alternativo de biomanufacturación de tejidos 3D en este protocolo. En lugar de semillas disociadas y esperar a que estas células formen las estructuras 3D, describimos cómo crear y bioimprimir esferoides tumorales 3D en una red de tubos vasculares para crear un modelo de co-cultivo tumoral que se puede utilizar casi inmediatamente. Los esferoides tumorales pueden cultivarse in vitro o derivarse de tejidos humanos (organoides). Del mismo modo, los tubos vasculares se pueden cultivar o pueden derivarse de fragmentos microvasculares de tejido adiposo. Los bioinks pueden ir desde el alginato biológicamente inactivo hasta el altamente activo Matrigel41. Dado que este modelo de co-cultivo tumoral 3D se puede crear con una variedad de estructuras celulares y bioinks, puede incorporar múltiples tipos de células, matrices extracelulares y gradientes de quimiocina15,42. Mientras que en su formulación actual, las redes endoteliales no pueden ser perfundidas, futuras iteraciones podrían integrar este método con microfluidos o sistemas -on-chip. La bioimpresión de esferoides epiteliales de mamas 3D en redes endoteliales permite una biofabricación rápida de modelos mamarias humanos para pruebas de drogas y medicina de precisión personalizada27.

<table><tbody><tr><td>37&deg; Incubadora C, 5% de CO2 y 95% de humedad</td><td>Sanyo</td><td>MCO-20AIC</td><td>Incubación de células</td></tr><tr><td>Impresora biológica 3D</td><td>a medida</td><td>Ninguno</td><td>Se utiliza para la bioimpresión</td></tr><tr><td>portaobjetos de cámara de 8 pocillos</td><td>VWR, Radnor, PA</td><td>53106-306</td><td>para la siembra de esferoides</td></tr><tr><td>aguja de calibre 25</td><td>Sigma, St. Louis, MO</td><td>Z192406-100EA</td><td>aguja de jeringa de bioimpresión</td></tr><tr><td>Etanol absoluto (200 grados)</td> <td>Sigma, St.Louis, MO</td><td>E7023-500ML</td><td>reconstitución de componentes de medios</td></tr><tr><td>Affinipure F(ab&prime;)2 fragmentos de cabra anti-ratón IgG</td><td>Jackson ImmunoResearch, West Grove, PA</td><td>115006020</td><td>bloque secundario - Inmunofluorescencia</td></tr><tr><td>Alexa Fluor 488 (1:200)</td><td>Thermo Fisher, Waltham, MA</td><td>A-11006</td><td>Anticuerpo secundario-Inmunofluorescencia</td></tr><tr><td>Insulina bovina</td><td>Sigma, St.Louis, MO</td><td>I-035-0.5ML</td><td>MCF10A Aditivo de medios</td></tr><tr><td>Albúmina sérica bovina (BSA)</td><td>Sigma, St.Louis, MO</td><td>A2153-500G</td><td>Agente bloqueante -Inmunofluorescencia</td></tr><tr><td>Falcon 70 &micro; m Filtro de células</td><td>Corning, Corning, NY</td><td>352350</td><td>Eliminar esferoides grandes o agrupados</td></tr><tr><td>CellTracker&trade; Tinte rojo CMTPX Thermo</td><td>Fisher, Waltham, MA</td><td>C34552</td><td>pre-tinción para tubos HUVEC</td></tr><tr><td>Centrífuga compacta</td><td>Hermle- Labnet, Edison, NJ</td><td>Z206A</td><td>Para centrifugaciones celulares</td></tr><tr><td>Toxina del cólera</td><td>Sigma, St.Louis, MO</td><td>C8052-.5MG</td><td>MCF10A Aditivo para medios</td></tr><tr><td>Tubos cónicos 15 mL</td><td>VWR, Radnor, PA</td><td>62406-200</td><td>Recolección y resuspensión de células</td></tr><tr><td>Countess II-FL Contador de celdas</td><td>Thermo Fisher, Waltham, MA</td><td>AMQAF1000</td><td>células de recuento</td></tr><tr><td>Pipetas de vidrio (10 mL)</td><td>VWR, Radnor, PA</td><td>76184-746</td><td>resuspensión celular</td></tr><tr><td>DMEM F:12</td><td>Thermo Fisher, Waltham, MA</td><td>11320033</td><td>MCF10A medios basales</td></tr><tr><td>DMEM 1X</td><td>VWR, Radnor, PA</td><td>10-014-CV</td><td>MDA-MB-231 medios basales</td></tr><tr><td>Medio basal endotelial-2 (EBM-2)</td><td>Lonza, Durham, NC</td><td>CC-3156</td><td>HUVEC medios basales</td></tr><tr><td>Medio de crecimiento endotelial-2 (EGM-2)</td><td>Lonza, Durham, NC</td><td>CC-3162 Acompañado de</td><td>un kit de balas (que contiene factores de crecimiento)</td></tr><tr><td>Alexa Fluor&trade; 488 Faloidina</td><td>Thermo Fisher, Waltham, MA</td><td></td><td>Etiquetado MDA-MB-231 esferoides</td></tr><tr><td>Suero fetal bovino</td><td>Cytiva, Logan, UT</td><td>SH30071.03</td><td>HUVEC/MDA-MB-231 aditivo</td></tr> <tr>de medios<td>Suero de cabra</td><td>Thermo Fisher, Waltham, MA</td><td>16210064</td><td>Componente de marcado de inmunofluorescencia</td></tr><tr><td>Glycine</td><td>Sigma, St.Louis, MO</td><td>G8898-500G</td><td>componente tampón de inmunofluorescencia</td></tr><tr><td>Hoescht 33342</td><td>Thermo Fisher, Waltham, MA</td><td>62249</td><td>Inmunofluorescencia con tinción de núcleos</td></tr><tr><td>Suero de caballo</td><td>Thermo Fisher, Waltham, MA</td><td>16050130</td><td>MCF10A Aditivo para medios</td></tr><tr><td>Hidrocortisona</td><td>Sigma, St.Louis, MO</td><td>H0888-5G</td><td>MCF10A Aditivo de medios</td></tr><tr><td>Células endoteliales de la vena umblical humana (HUVEC)Aplicaciones de</td> <td>células, San Diego, CA</td><td>200-05f</td><td>Líneas celulares endoteliales</td></tr><tr><td>Integrina y alfa; 6</td><td>Millipore, Billerica, MA</td><td>MAB1378</td><td>Componente de marcado de esferoide de inmunofluorescencia</td></tr><tr><td>Ensayo de muertos vivos</td><td>Thermo Fisher, Waltham, MA</td><td>L3224</td><td>Ensayo de tinción de células vivas y muertas para la viabilidad celular</td></tr><tr><td>LSM 700 Microscopio confocal</td><td>Zeiss, Thornwood, NY</td><td></td><td>Se utiliza para visualizar células</td></tr><tr><td>Matrigel - factor de crecimiento reducido 10 mg/ml</td><td>VWR, Radnor, PA</td><td>354230</td><td>Esferoide formación</td></tr><tr><td>Células MCF10A</td><td>ATCC</td><td>CRL-10317</td><td>Línea celular de mama</td></tr><tr><td>MDA-MB-231 células</td><td>ATCC</td><td>HTB-26</td><td>Línea celular de mama</td></tr><tr><td>Paraformaldehído</td><td>Sigma, St.Louis, MO</td><td>158127-500G</td><td>fijador de células</td></tr><tr><td>Penicilina y estreptomicina</td><td>Thermo Fisher, Waltham, MA</td><td>15140122</td><td>MCF10A / MDA-MB-231/HUVEC Aditivo de medios</td></tr><tr><td>Fosfato tamponado Solución salina 1X (PBS)</td><td>Thermo Fisher, Waltham, MA</td><td>7001106</td><td>Tampón de lavado para células antes de la tripsinización</td></tr><tr><td>Tampón de fosfato solución salina 10X</td><td>Thermo Fisher, Waltham, MA</td><td>AM9625</td><td>componente tampón de inmunofluorescencia</td></tr><tr><td>Prolongue el antidecoloración del oro</td><td>Thermo Fisher, Waltham, MA</td><td>P36934</td><td>medio de montaje de inmunofluorescencia</td></tr><tr><td>factor de crecimiento epidérmico humano recombinante, EGF</td><td>Peprotech, Rocky Hill, NJ</td><td>AF-100-15</td><td>MCF10A/ componente de medio</td></tr><tr><td>de ensayo Azida de sodio</td><td>Sigma, St.Louis, MO</td><td>S2002-25G</td> componente <td>tampón de inmunofluorescencia</td></tr><tr><td>Jeringa estéril (10 mL)</td><td>VWR, Radnor, PA</td><td>75846-757</td><td>proceso de bioimpresión</td></tr><tr><td>Placa de cultivo de tejidos (10 cm)</td><td>VWR, Radnor, PA</td><td>25382-166</td><td>cultivo celular monocapa</td></tr><tr><td>Triton X-100</td><td>Sigma, St.Louis, MO</td><td>T8787-250ML</td><td>componente tampón de inmunofluorescencia</td></tr><tr><td>azul tripano 0,4%</td><td>Thermo Fisher, Waltham, MA</td><td>15250061</td><td>aditivo contador</td></tr><tr><td>de células Tripsina-EDTA 0,05%</td><td>Thermo Fisher, Waltham, MA</td><td>Desprendimiento</td> de <td>células</td>25300054</tr><tr><td>Tween -20</td><td>Thermo Fisher, Waltham, MA</td><td>85113</td><td>componente tampón de inmunofluorescencia</td></tr><tr><td>Factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF165)</td><td>Peprotech, Rocky Hill, NJ</td><td>100-20</td><td>HUVEC aditivo</td></tr> para <tr><td>tubos Volocity 6.3 software de imagen celular</td><td>PerkinElmer, Hopkinton, MA</td><td></td><td>Compresor de pila Z</td></tr></tbody></table>

bioimpresión directa de esferoides multicelulares de mama 3d en redes endoteliales

Direct Bioprinting of 3D Multicellular Breast Spheroids onto Endothelial Networks

La bioimpresión está emergiendo como una herramienta prometedora para fabricar modelos de cáncer humano 3D que recapitulan mejor las señas de identidad críticas de la arquitectura de tejidos in vivo. En la bioimpresión actual de extrusión capa por capa, las células individuales se extruyen en un bioink junto con señales espaciales y temporales complejas para promover el autoensamblaje del tejido jerárquico. Sin embargo, esta técnica de biofabricación se basa en interacciones complejas entre células, bioinks y señales bioquímicas y biofísicas. Por lo tanto, el autoensamblaje puede tomar días o incluso semanas, puede requerir bioinks específicos, y no siempre puede ocurrir cuando hay más de un tipo de célula involucrado. Por lo tanto, desarrollamos una técnica para bioimprimir directamente esferoides epiteliales de mama 3D preformados en una variedad de bioinks. Los esferoides epiteliales 3D preformados bioimpresos mantuvieron su viabilidad y arquitectura polarizada después de la impresión. Además imprimimos los esferoides 3D en redes celulares endoteliales vasculares para crear un modelo de co-cultivo. Por lo tanto, la novedosa técnica de bioimpresión crea rápidamente un modelo mamario humano 3D más fisiológicamente relevante a menor costo y con mayor flexibilidad que las técnicas tradicionales de bioimpresión. Esta versátil técnica de bioimpresión se puede extrapolar para crear modelos 3D de otros tejidos en bioinks adicionales.

Las células epiteliales mamarias deben autoorganización en esferoides 3D después de 5-8 días de cultivo en solución de matriz y en medio de cultivo con 2% solución de matriz. Los esferoides epiteliales de mama MCF10A no tumorigénicos deben aparecer redondos y tener un centro hueco, con integrina α6 polarizada al borde exterior del esferoide(Figura 1,inset muestra centros huecos). Las células epiteliales de cáncer de mama MDA-MB-231 altamente invasivas forman esferoides irregulares. Los esfer...

El objetivo de este protocolo es bioimprimir directamente las células epiteliales mamarias como esferoides multicelulares en redes endoteliales preformadas para crear rápidamente modelos de co-cultivo endotelial mamario 3D que pueden ser utilizados para estudios de detección de fármacos.

Bioimpresión directa de esferoides multicelulares de mama 3D en redes endoteliales

Bioprinting is emerging as a promising tool to fabricate 3D human cancer models that better recapitulate critical hallmarks of in vivo tissue ...

Nuestro protocolo facilita la impresión de estructuras celulares 3D preformadas, como los esferoides epiteliales de mama, lo que permite la rápida formación de modelos biológicamente relevantes y una variedad de biotintas. La principal ventaja de esta técnica es que facilita la bioimpresión de esferoides tumorales en 3D en una red vascular que puede ser utilizada de forma casi inmediata para cualquier estudio experimental. Estos modelos de tejido bioimpresos en 3D proporcionan una plataforma in vitro rápida que puede ampliarse para una medicina de precisión personalizada.Este método de bioimpresión 3D altamente versátil se puede aplicar a otros sistemas fisiológicos en los que las interacciones 3D con la vasculatura son importantes. Para la formación de esferoides epiteliales de mama, primero congele 200 puntas de pipeta de microlitros durante 30 minutos y coloque la solución de matriz reducida con factor de crecimiento en hielo. Cuando las puntas se hayan congelado, usando una nueva punta de pipeta helada por pocillo, agregue 30 microlitros de la solución de matriz helada en el costado y a lo largo de las esquinas de cada pocillo de un portaobjetos de cámara de ocho pocillos, agregando una gota final al centro para asegurar un recubrimiento uniforme.Cuando todos los pocillos hayan sido cubiertos, incube el portaobjetos a 37 grados Celsius y 5% de dióxido de carbono durante 15 a 20 minutos. Mientras la matriz se polimeriza, vuelva a suspender las células MCF 10A en el medio de ensayo MCF 10A a una concentración de dos veces 10 a cinco células por mililitro. Al final de la incubación, agregue 50 microlitros de células y 450 microlitros de medio de crecimiento esferoide MCF 10A a cada pocillo y devuelva inmediatamente el portaobjetos a la incubadora.Cada cuatro días, incline el portaobjetos de la cámara en un ángulo de 45 grados para permitir que 200 microlitros de sobrenadantes sean reemplazados con medio de crecimiento de esferoides frescos por pocillo. Para la formación de la red HUVEC, prepare un portaobjetos de cámara de ocho pocillos recubierto de solución de matriz como se demuestra y tiña previamente un plato de 10 centímetros de HUVEC con 10 microlitros de matriz seguidora de glóbulos rojos durante 30 minutos en la incubadora de cultivo celular. Al final de la incubación, lavar las células endoteliales con 10 mililitros de PBS tibio antes de tratarlas con dos mililitros de tripsina EDTA al 0,05%.Después de cinco minutos a 37 grados centígrados y 5% de dióxido de carbono, neutralice la tripsina con cinco mililitros de medio de crecimiento endotelial dos y transfiera las células a un tubo cónico de 25 mililitros para la centrifugación. Vuelva a suspender el pellet en cinco mililitros de medio basal endotelial libre de suero, dos para contar, y diluya las células a una concentración de una vez 10 a las seis células por mililitro. A continuación, añada uno por 10 a los cinco HUVC de cada pocillo y coloque la placa en la incubadora de cultivos celulares durante seis horas.Después de cinco a ocho días de cultivo, cuente el número de esferoides en cada pocillo en imágenes representativas de microscopía de contraste de fase y use una punta de pipeta de 1.000 microlitros con los últimos 0,5 centímetros de la punta extraídos para recoger cuidadosamente todos los esferoides de cada pocillo de la cámara de ocho pocillos en un tubo de 50 microlitros. Vuelva a suspender los esferoides en una biotinta adecuada a una concentración de 100 esferoides por cada 100 microlitros de tinta y cargue los esferoides agrupados en una jeringa estéril de 10 mililitros. Equipe la jeringa con una aguja estéril de calibre 25 y conecte la jeringa al sistema de biodeposición.Extraiga el medio de cada pocillo de la red HUVEC y extruya 100 microlitros de esferoides epiteliales mamarios en cada uno de los seis pocillos del portaobjetos de la cámara de la red HUVEC a un caudal de un mililitro de esferoides por minuto. A continuación, añada 400 microlitros de medio de crecimiento de esferoides MCF 10A a cada pocillo y coloque los cocultivos en la incubadora de cultivos celulares durante 24 a 96 horas. Después de cinco a ocho días de cultivo, como se ha demostrado, los esferoides epiteliales de mama MCF 10A no tumorigénicos deben aparecer redondos con un centro hueco con integrina alfa-6 polarizada hacia el borde exterior del esferoide.Las células epiteliales del cáncer de mama MDA-MB-231 altamente invasivas forman esferoides irregulares que pueden mostrar células que migran fuera de los esferoides si se mantienen en el cultivo de Matrigel durante demasiado tiempo. Después de seis a ocho horas de cultivo escaso sin suero, como se ha demostrado, las redes HUVEC se pueden obtener imágenes mediante contraste de fase o microscopía confocal. Después de la bioimpresión de esferoides epiteliales de mama en las redes HUVEC, tanto los esferoides como las redes deben mantener su morfología original durante al menos 24 horas.Lo principal que hay que recordar al intentar este protocolo es manejar los esferoides con cuidado antes de imprimir para evitar la agrupación. Después de la bioimpresión y el cocultivo, la viabilidad, la proliferación, la migración y otras interacciones bioquímicas de las células tumorales con la red endotelial se pueden medir con y sin un tratamiento farmacológico. Hemos demostrado que las pruebas de fármacos pueden iniciarse tan pronto como dos horas después de la bioimpresión en cocultivo y hemos probado la adición de esferoides a las redes endoteliales con el fármaco anticancerígeno paclitaxel.

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Research

Investigación

JoVE Journal

Bioengineering

Bioingeniería

Este vídeo explica la bioimpresión magnética en 3D de células de cáncer de páncreas y fibroblastos cocultivados. Las células de cáncer de páncreas y las células de fibroblastos pancreáticos activados se cocultivan y magnetizan utilizando un ensamblaje de nanopartículas biocompatibles, para generar esferoides, bajo la influencia de fuerzas magnéticas.

Cocultivos de esferoides 3D bioimpresos magnéticamente: un método para el cocultivo de células cancerosas y fibroblastos

Una bioimpresora cartesiana fue diseñada y fabricada para permitir la deposición de múltiples materiales en geometrías precisas y reproducibles, al tiempo que permite el control de factores ambientales. Utilizando la bioimpresora tridimensional, se pueden imprimir y reproducir fácilmente construcciones complejas y viables.

Viabilidad de Bioprinted celulares Construye El uso de un Tres Impresora cartesiana dispensador

Este protocolo describe bioprinting 3D de tejido cardíaco sin el uso de biomateriales. Los parches cardiacos bioprinted 3D exhiben la integración mecánica de esferoides componentes y son altamente prometedores en regeneración del tejido cardíaco y como modelos 3D de la enfermedad cardíaca.

Creación de tejido cardiaco que exhibe la integración mecánica de esferoides usando bioprinting 3D

Proporcionamos un protocolo generalizado basado en una estrategia de bioprinting de microfluidos para la ingeniería de un lecho vascular de microfibra, donde un tipo de célula secundaria podría ser más sembrado en el espacio intersticial de esta estructura de microfibra para generar organoides y tejidos vascularizados.

Vascularizado de Bioprinting de microfluidos para la ingeniería de tejidos y organitas

El protocolo describe cómo diseñar una red vascular perfusable en un esferoide. Microambiente circundante del esferoide es ideado para inducir angiogénesis y conectarse el esferoide de los microcanales en un dispositivo de microfluidos. El método permite la perfusión de la esferoide, que es una técnica largamente esperada en cultivos tridimensionales.

Perfusable Red Vascular con un modelo de tejido en un dispositivo de microfluidos

Hemos desarrollado un modelo de cáncer de mama heterogéneos consistiendo en las células fibroblastos y tumor inmortalizadas encajadas un bioink de alginato/gelatina de bioprintable. El modelo recoge el microambiente tumoral de en vivo y facilita la formación de esferoides multicelulares tumor, dando la penetración en los mecanismos de conducción tumorigenesis.

Hidrogel Bioprintable alginato/gelatina 3D In Vitro modelo sistemas inducen formación de glóbulo esferoide

Aquí se presenta una configuración de bioimpresión tridimensional, núcleo/cáscara, fácil de usar, para la fabricación en un solo paso de andamios huecos, adecuado para la ingeniería de tejidos de estructuras vasculares y otras estructuras tubulares.

Andamios de impresión de núcleo/concha para la ingeniería de tejidos de estructuras tubulares

La diafonía entre las células epiteliales mamarias y las células endoteliales contribuye de manera importante a la progresión del cáncer de mama, el crecimiento tumoral y la metástasis. En este estudio, los esferoides se han hecho de células de cáncer de mama junto con células endoteliales vasculares y / o linfáticas y demuestran su aplicabilidad como un sistema in vitro para la investigación del cáncer de mama.

Esferoides epiteliales y endoteliales mamarios como un modelo funcional potencial in vitro para la investigación del cáncer de mama

Los colgajos diseñados requieren una red vascular funcional incorporada. En este protocolo, presentamos un método de fabricación de un colgajo de tejido impreso en 3D que contiene una red vascular jerárquica y sus anastomosis microquirúrgicas directas a la arteria femoral de rata.

Fabricación de colgajos vasculares de ingeniería utilizando tecnologías de impresión 3D

Presentamos un protocolo para la producción de alto rendimiento de canales vasculares con tamaños flexibles y patrones deseados en una placa estándar de seis pocillos utilizando tecnología de bioimpresión 3D, conocida como vasos en una placa (VOP). Esta plataforma tiene el potencial de avanzar en el desarrollo de terapias para los trastornos asociados con el endotelio comprometido.

Método de bioimpresión de alto rendimiento para modelar la permeabilidad vascular en placas estándar de seis pocillos con flexibilidad de tamaño y patrón

Existe una necesidad crítica de modelos de cáncer en 3D que capturen la diafonía heterocelular para estudiar la metástasis del cáncer. Nuestro estudio presenta la generación de estromas-epiteliales heteromulticelulares en un entorno de andamios y libres de andamios que pueden ser utilizados para estudiar la invasión y las distribuciones espaciales celulares.

Células estromales heteromulticelulares en cultivos 3D sin andamios de células de cáncer epitelial para impulsar la invasión

Aprende a bioimprimir esferoides epiteliales de mama sobre redes endoteliales preformadas para crear modelos 3D de co-cultivo. Esta técnica versátil permite estudios de cribado de fármacos y avances en medicina de precisión personalizada.

Bioimpresión directa de esferoides multicelulares de mama 3D en redes endoteliales

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