Name: 3d cell growth on engineered matrices
Uploaded: 2023-04-30T06:32:19.000Z
Duration: 9 min 35 s
Channel: JoVE

<div class="chapter_text" id="script_0">תרבית הרקמה ההיסטוטיפית מאפשרת לגדל תאים בשלושה ממדים, ובכך יוצרת מורפולוגיות של רקמת אין-ויטרו המחקות מקרוב את תפקוד הרקמה הריאליסטי, שיכול לשמש כמבנים בני קיימא לתיקון רקמות. תרבויות אלה הן בדרך כלל מבנים תלת ממדיים המורכבים מסוג תא יחיד הגדל בצפיפות גבוהה. המבנה התלת מימדי, הידוע גם בשם הפיגומים, מחקה את המטריצה החוץ-תאית הטבעית. בהתאם לסוג התא המשמש, פיגומים יכולים להיות מיועדים ליישום מסוים ובדרך כלל לשמש כתבנית לרקמה ביו-מימטית. וידאו זה יציג את היסודות של תרביות רקמות היסטופיות, הליך לבידוד תאים, ואת הייצור והסלולציה של פיגום רקמת משי נקבובי כדי לחקות רקמת לב.</div><div class="chapter_text" id="script_1">כל הרקמות מורכבות משני מרכיבים בסיסיים, המטריצה החוץ-תאית והתאים הספציפיים לרקמות המאכלסים אותה. המטריצה החוץ-תאית היא רשת של חלבונים מבניים היוצרים סביבה תלת ממדית עבור תאים לכבוש, והתאים שבתוכה נועדו לשחזר את התהליכים הפיזיולוגיים המקוריים של הרקמה. נכון לעכשיו, טכניקה נפוצה המשמשת לדגם רקמה היא תרבית רקמות דו ממדית, שבה תאים מחולקים על מצע שטוח ומותר ליצור סרט דק. באופן כללי, שיטה זו אינה אמינה לשמירה על פנוטיפ in vivo, פונקציות ספציפיות לאיבר, ותא לתא או לתא כדי למצע אינטראקציות הקשריות. תרבית הרקמה היסטוטיפית מקלה על מגבלות אלה על ידי מתן פיגום תלת-ממדי לתאים לגדול עליהם, וכתוצאה מכך רשת צפופה של תאים המחקה מקרוב יותר את מורפוגוגיות התאים המקומיים ומאפשרת פיתוח של רשתות בין-תאיות מציאותיות ומסלולי תקשורת. מגוון רשתות פולימר תלת-ממדיות, כולל הידרוג'לים ומחצלות משי אלקטרו-ספון, מציעות דרכים נוחות לתרבית תאים ספציפיים לרקמות בשלושה ממדים. על מנת לאכלס פיגומים אלה, יש לבודד תאים. תאים ראשוניים המשמשים בסרטון זה נקצרים מרקמה חיה, אשר טחון ולאחר מכן מתעכל בתמיסת אנזים כדי להפריד את תאי היעד מן המטריצה החוץ תאית. ברגע שהתאים מבודדים, ישנן שתי טכניקות המשמשות לזריעת הפיגומים. טכניקת הטיפה כוללת צנרת של תאים על הפיגומים בקצב איטי וקבוע. הטכניקה השנייה, או השעיית התא, שקועה בפיגומים בהשעיית תא. לעתים קרובות, הפיגומים והמתלים מזועזעים כדי לעודד נדידת תאים לתוך המטריצה. שתי הטכניקות גורמות לבנייה ביו-מהונדסת עם צפיפות תאים גבוהה. ההליכים הבאים יהיו כרוכים בבידוד של תאי לב וטכניקת השעיית התא כדי ליצור פיגום ספציפי לתא הלב, כפי שהוא ישמור על המורפולוגיה של רקמת הלב המקומית.</div><div class="chapter_text" id="script_2">כדי להתחיל בתהליך של בידוד תאים מרקמת התורם, התחל על ידי הבטחת אזור העבודה ומכשירי הניתוח מעוקרים. לאחר מכן, מניחים וילון סטרילי על משטח העבודה בארון הבטיחות הביולוגית. מניחים את המכשירים הכירורגיים הסטריליים על הוילון מבלי לגעת בהם, ולאחר מכן לפתוח להב אזמל מספר 20 סטרילי. לאחר המתת חסד של הדגימה, לעקר את האזור הכירורגי עם כרית גזה ספוג betadine. כאשר מוכן, לאבטח את המדגם ולהתחיל את ההליך הכירורגי כדי לבודד את רקמת העניין. במקרה זה, זה יהיה הלב. לאחר ההפקה, מניחים את הרקמה על קרח בצלחת פטרי המכילה גלוקוז PBS. הסר כל שאריות דם או רקמת חיבור, ולאחר מכן להעביר את הרקמה לצלחת פטרי עם גלוקוז PBS טרי. לאחר מכן, באמצעות מיקרו-מספריים סטריליים ומלקחיים, בזהירות לרכך את דגימות הרקמה לתוך בערך 1 חתיכות מעוקב. באמצעות פיפטה, להעביר את החלקים חוצץ לצינור חרוט. לאחר מכן, להסיר את כל אבל 10 מיליליטר של חוצץ. מוסיפים 7 מיליליטר של תמיסת קולגנאז, ולאחר מכן לנער את התערובת ב 37 מעלות צלזיוס במשך 7 דקות. לאחר מכן, בעדינות pipette 10 פעמים כדי לשבור את חתיכות הרקמה. אפשר לחתיכות להתיישב, ולאחר מכן לשאוף את הנוזל ולהשליך אותו. לאחר מכן, לחזור על העיכול בעדינות pipette את הפתרון כדי לשבור את חתיכות הרקמה. לאחר שהחתיכות התיישבו, משוך את supernatant ולאסוף אותו בצינור חרוט 50 מיליליטר נפרד. לאחר מכן, להוסיף 10 מיליליטר של פתרון STOP לכל צינור חרוט המכיל supernatant כדי לעצור את העיכול.</div><div class="chapter_text" id="script_3">עכשיו שהתאים הראשיים מבודדים, בואו נמציא פיגום רקמת משי נקבובי. כדי להתחיל, לשפוך 30 מיליליטר של תמיסת משי לתוך עובש. לאחר מכן, לפזר 60 גרם של נתרן מסונה כלוריד באופן שווה על הפתרון. לאחר מכן, אפשר למשי להסתגר ללא הפרעה בטמפרטורת החדר למשך 48 שעות. לאחר מכן, מניחים את התבנית בתנור של 60 מעלות למשך שעה אחת כדי לסיים את הקישור הצולב ולאדות כל נוזל שנותר. לאחר פולימר, לטבול את התבנית בכוס של מים מזוקקים במשך 48 שעות כדי עלוקת את המלח. לאחר מכן, להסיר את הפיגומים מן התבנית לחתוך דיסקים קטנים עם אגרוף ביופסיה 5 מ"מ. לקצץ את הדיסקים לגובה של 2 מילימטרים, ולבסוף, להסיר את המרכזים של כל חתיכה עם אגרוף ביופסיה 2 מ"מ כדי ליצור טבעת. לבסוף, autoclave הפיגומים במחזור רטוב במשך 20 דקות.</div><div class="chapter_text" id="script_4">עם הפיגומים מוכנים, בואו נתחיל את תהליך זריעת התא. ראשית, מניחים פיגום סטרילי אחד לבאר בצלחת 96 באר. לאחר מכן, להוסיף את תרבית התא בינוני כדי לטבול את הפיגומים ודגרה ב 37 מעלות צלזיוס באינקובטור תרבית רקמות כדי לשוות אותם לפחות 30 דקות. לאחר הדגירה, לשאוף את המדיום העודף ולאחר מכן להוסיף את השעיית התא הראשי מבודד לפיגומים. לאחר מכן, להחזיר את הצלחת לאינקובטור ולהשאיר לילה עבור התאים לצרף את הפיגומים. בבוקר שלמחרת, שאפו בקפידה את התאים הלא מחוברים והחליפו ב -200 מיקרוליטרים של מדיום תרבית תאים טריים לכל באר. הפיגומים המתקבלים הם מבנה נקבובי עם צפיפות תאים גבוהה המוכנה לשימוש.</div><div class="chapter_text" id="script_5">עכשיו שלמדתם איך לבצע תרבית רקמות היסטוטיפית, בואו נסתכל על כמה יישומים מעשיים של חומרים אלה. תרבית רקמות היסטופיפית יכולה ליצור מיקרו-סביבות תאיות המחקות רקמות מקומיות, וכתוצאה מכך הן מסוגלות לספק מודל מתאים לחקר ההתנהגות התאית הנוגעת לסוג תא בודד. לדוגמה, סיבים תלת-ממדיים בפיגומים, המחקים בצורה מדויקת יותר את נישה תאי הגזע שנמצאה ב- vivo, יכולים להיות זרעים עם תאי גזע פלוריפוטנטים כדי לסנן רמזים ביולוגיים ולקבוע את השפעתם על בידול תאי גזע. עבודה זו עשויה בסופו של דבר לספק הבנה גדולה יותר של האופן שבו תאי גזע להבדיל ועשויים להציע תובנות לשיפור בידול התא והתחדשות עבור יישומים הנדסת רקמות. כמו תרביות דינמיות, מיזוג מכני יכול גם לשפר את פיגום הרקמה 3D על ידי חשיפת אותו לעומסים מכניים שונים כי הרקמה הטבעית עלולה לחוות vivo. על ידי החלת דחיסה ועומסים biaxial במהלך צמיחת התא, מורפולוגיה התא מטריצה חוץ תאית משתנה כדי לשקף עומסים מכניים אלה. התוצאה היא פיגום רקמות ביו-מהונדס מותנית מראש עם מבנה תאי הדומה לרקמה מקומית, מה שהופך אותו לאידיאלי להשתלה באזורים שעלולים לחוות כוחות מכניים דומים. לבסוף, מבנים רקמות מהונדס עשוי לשמש גם כדי להחליף או לתקן פגמים ברקמה. על מנת להשיג זאת, פיגום הרקמה חייב להיות כלי דם תחילה, ובכך לאפשר לדם לנוע בחופשיות דרך המבנה. לאחר כלי הדם, הפיגומים יכולים להיות מועברים ומושתלים לתוך פגם הרקמה כדי ליזום תיקון. השתלה מוצלחת יכולה להיות מאושרת מאוחר יותר באמצעות היסתולוגיה, אשר מגלה אם מבנה הרקמה תיקן לחלוטין את האזור הפגוע.</div><div class="chapter_text" id="script_6">הרגע צפית בהקדמה של ג'וב לתרבות הרקמות ההיסטויפית. כעת עליכם להבין כיצד מוכנים מבנים תלת-ממדיים פשוטים, כיצד תאים ראשוניים מבודדים וזורעים על פיגום, ואת היישומים השונים של תרביות אלה בתחום הביו-הנדסה. תודה שצפיתם.</div>

תרבית רקמות היסטוטיפית

למרות שתרבית הרקמות הדו-ממדית נפוצה כבר זמן מה, תאים מתנהגים בצורה מציאותית יותר בתרבית תלת-ממדית, ומחקים באופן הדוק יותר רקמה מקומית. וידאו זה מציג את תרבות הרקמה ההיסטוטיפית, שבה הצמיחה וההתפשטות של קו תא אחד נעשית במטריצה תלת ממדית מהונדסת כדי להגיע לצפיפות תאים גבוהה. כאן, אנו מראים את קצירת התאים מרקמת התורם, ואחריו תרבית תאים על מבנה מהונדס.

Although two-dimensional tissue culture has been common for some time, cells behave more realistically in a three-dimensional culture, and more closely ...

תרבית רקמה היסטוטיפית מאפשרת לגדל תאים בתלת מימד, ובכך ליצור מורפולוגיות רקמות במבחנה המחקות מקרוב תפקוד רקמות מציאותי, שיכולות לשמש כמבנים ברי קיימא לתיקון רקמות. תרביות אלו הן בדרך כלל מבנים תלת מימדיים המורכבים מסוג תא בודד הגדל בצפיפות גבוהה. המבנה התלת מימדי, הידוע גם בשם הפיגום, מחקה את המטריצה החוץ-תאית הטבעית. בהתאם לסוג התא בו נעשה שימוש, ניתן לעצב פיגומים ליישום ספציפי ובדרך כלל לשמש כתבנית לרקמה ביו-מימטית. סרטון זה יציג את היסודות של תרביות רקמה היסטוטיפיות, הליך לבידוד תאים, וייצור ותאית של פיגום רקמת משי נקבובי לחיקוי רקמת לב. כל הרקמות מורכבות משני מרכיבים בסיסיים, המטריצה החוץ-תאית והתאים הספציפיים לרקמה המאכלסים אותה. המטריצה החוץ-תאית היא רשת של חלבונים מבניים היוצרים סביבה תלת מימדית לתאים לתפוס, והתאים בתוכה נועדו לסכם את התהליכים הפיזיולוגיים הטבעיים של הרקמה. נכון לעכשיו, טכניקה נפוצה המשמשת למידול רקמות היא תרבית רקמה דו מימדית, שבה תאים מחולקים על מצע שטוח ומאפשרים להם ליצור סרט דק. באופן כללי, שיטה זו אינה אמינה לשמירה על פנוטיפ in vivo, פונקציות ספציפיות לאיבר ואינטראקציות הקשריות בין תא לתא או תא למצע. תרבית רקמה היסטוטיפית מקלה על מגבלות אלה על ידי מתן פיגום תלת מימדי לתאים לגדול עליו, וכתוצאה מכך רשת צפופה של תאים המחקה יותר מורפולוגיות תאים מקומיות ומקלה על פיתוח רשתות בין-תאיות ומסלולי תקשורת מציאותיים. מגוון רשתות פולימרים תלת מימדיות, כולל הידרוג'לים ושטיחי משי אלקטרו-ספוניים, מציעות דרכים נוחות לתרבית תאים ספציפיים לרקמה בתלת מימד. על מנת לאכלס פיגומים אלה, יש לבודד תאים. תאים ראשוניים המשמשים בסרטון זה נקצרים מרקמה חיה, אשר נטחנת ולאחר מכן מתעכלת בתמיסת אנזים כדי להפריד את תאי המטרה מהמטריצה החוץ-תאית. לאחר בידוד התאים, ישנן שתי טכניקות המשמשות לזריעת הפיגומים. טכניקת הטיפות כוללת פיפטינג של תמיסה של תאים על הפיגום בקצב איטי וקבוע. השנייה, או טכניקת השעיית התאים, טובלת את הפיגום בתרחיף תאים. לעתים קרובות, הפיגום והמתלה מטלטלים כדי לעודד נדידת תאים למטריצה. שתי הטכניקות מביאות למבנים מהונדסים ביולוגית עם צפיפות תאים גבוהה. ההליכים הבאים יכללו בידוד של תאי לב וטכניקת השעיית התאים ליצירת פיגום ספציפי לתאי לב, מכיוון שהוא ישמור על המורפולוגיה הטבעית של רקמת הלב. כדי להתחיל בתהליך בידוד התאים מרקמת התורם, התחל בהקפדה על עיקור אזור העבודה ומכשירי החיתוך. לאחר מכן, הניחו וילון סטרילי על משטח העבודה בארון הבטיחות הביולוגית. הנח את מכשירי הניתוח הסטריליים על הווילון מבלי לגעת בהם, ולאחר מכן פתח להב אזמל סטרילי מספר 20. לאחר המתת חסד של הדגימה, יש לעקר את אזור הניתוח בעזרת כרית גזה ספוגה בבטאדין. כשהוא מוכן, אבטח את הדגימה והתחל בהליך הכירורגי כדי לבודד את הרקמה המעניינת. במקרה זה, זה יהיה הלב. לאחר הכריתה, הניחו את הטישו על קרח בצלחת פטרי המכילה גלוקוז PBS. הסר את שאריות הדם או רקמת החיבור, ולאחר מכן העביר את הרקמה לצלחת פטרי עם גלוקוז PBS טרי. לאחר מכן, בעזרת מיקרו-מספריים ומלקחיים סטריליים, טוחנים בזהירות את דגימות הרקמה לחתיכות של כ-1 מילימטר מעוקב. בעזרת פיפטה מעבירים את החלקים והחוצץ לצינור חרוטי. לאחר מכן, הסר את כל המאגר מלבד 10 מיליליטר. מוסיפים 7 מיליליטר תמיסת קולגנאז, ואז מנערים את התערובת בחום של 37 מעלות צלזיוס למשך 7 דקות. לאחר מכן, פיפטה בעדינות 10 פעמים כדי לפרק את חלקי הרקמה. הניחו לחתיכות להתייצב ואז שאפו את הנוזל והשליכו אותו. לאחר מכן, חזור על העיכול ופיפטה בעדינות את התמיסה כדי לפרק את חתיכות הרקמה. לאחר שהחלקים התייצבו, משוך את הסופרנטנט ואסוף אותו בצינור חרוטי נפרד של 50 מיליליטר. לאחר מכן, הוסיפו 10 מיליליטר של תמיסת STOP לכל צינור חרוטי המכיל סופרנטנט כדי לעצור את העיכול. כעת, לאחר שהתאים הראשוניים בודדו, בואו נייצר פיגום רקמת משי נקבובי. כדי להתחיל, שפכו 30 מיליליטר מתמיסת המשי לתבנית. לאחר מכן, פזרו 60 גרם נתרן כלורי מנופה באופן שווה על התמיסה. לאחר מכן, אפשר למשי להתפלמר ללא הפרעה בטמפרטורת החדר למשך 48 שעות. לאחר מכן, הכניסו את התבנית לתנור של 60 מעלות למשך שעה כדי לסיים את הקישור הצולב ולאדות את כל הנוזלים שנותרו. לאחר הפילמור, טבלו את התבנית בכוס מים מזוקקים למשך 48 שעות כדי להוציא את המלח. לאחר מכן, הוציאו את הפיגום מהתבנית וחתכו דיסקים קטנים בעזרת אגרוף ביופסיה של 5 מילימטר. חתוך את הדיסקים לגובה של 2 מילימטרים, ולבסוף, הסר את מרכזי כל חתיכה בעזרת אגרוף ביופסיה של 2 מילימטר ליצירת טבעת. לבסוף, חיטוי הפיגומים במחזור רטוב למשך 20 דקות. עם הכנת הפיגום, נתחיל בתהליך זריעת התאים. ראשית, הניחו פיגום סטרילי אחד לכל באר בצלחת של 96 בארות. לאחר מכן, הוסף מדיום תרבית תאים כדי לטבול את הפיגומים ולדגור בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס בחממת תרבית רקמה כדי לאזן אותם למשך 30 דקות לפחות. לאחר הדגירה, שאפו את המדיום העודף ולאחר מכן הוסיפו את תרחיף התא הראשוני המבודד לפיגומים. לאחר מכן, החזירו את הצלחת לחממה והשאירו למשך הלילה לתאים לחיבור לפיגומים. למחרת בבוקר יש לשאוב בזהירות את התאים הלא מחוברים ולהחליף ב -200 מיקרוליטר של מדיום תרבית תאים טרי לכל באר. הפיגום המתקבל הוא מבנה נקבובי עם צפיפות תאים גבוהה המוכנה לשימוש. כעת, לאחר שלמדת כיצד לבצע תרבית רקמות היסטוטיפית, בואו נסתכל על כמה יישומים מעשיים של חומרים אלה. תרבית רקמה היסטוטיפית יכולה ליצור מיקרו-סביבות תאיות המחקות רקמות טבעיות, וכתוצאה מכך מסוגלות לספק מודל מתאים לחקר התנהגות תאית לגבי סוג תא בודד. לדוגמה, ניתן לזרוע סיבים תלת מימדיים בפיגומים, המחקים בצורה מדויקת יותר את נישת תאי הגזע המצויים in vivo, עם תאי גזע פלוריפוטנטיים כדי לסנן רמזים ביולוגיים ולקבוע את השפעותיהם על התמיינות תאי גזע. עבודה זו עשויה בסופו של דבר לספק הבנה טובה יותר של האופן שבו תאי גזע מתמיינים ועשויה להציע תובנות לשיפור התמיינות התאים והתחדשות ליישומי הנדסת רקמות. כמו תרביות דינמיות, מיזוג מכני יכול גם לשפר את פיגום הרקמה התלת מימדי על ידי חשיפתו לעומסים מכניים שונים שהרקמה הטבעית עלולה לחוות in vivo. על ידי הפעלת דחיסה ועומסים דו-ציריים במהלך צמיחת התאים, מורפולוגיה של התא והמטריצה החוץ-תאית משתנים כדי לשקף את העומסים המכניים הללו. התוצאה היא פיגום רקמה מהונדס ביולוגית מותאם מראש עם מבנה תאי הדומה לרקמה טבעית, מה שהופך אותו לאידיאלי להשתלה באזורים שעשויים לחוות כוחות מכניים דומים. לבסוף, מבני רקמות מהונדסים עשויים לשמש גם להחלפה או לתיקון פגמים ברקמות. על מנת להשיג זאת, תחילה יש לבצע כלי דם בפיגום הרקמות, ובכך לאפשר לדם לנוע בחופשיות דרך המבנה. לאחר כלי הדם, ניתן להעביר את הפיגום ולהשתיל אותו בפגם הרקמה כדי להתחיל בתיקון. מאוחר יותר ניתן לאשר השתלה מוצלחת באמצעות היסטולוגיה, המגלה אם מבנה הרקמה תיקן לחלוטין את האזור הפגוע או לא. זה עתה צפיתם בהקדמה של ג'וב לתרבית רקמות היסטוטיפיות. כעת עליכם להבין כיצד מכינים מבנים תלת-ממדיים פשוטים, כיצד תאים ראשוניים מבודדים ונזרעים על פיגום, ומהם היישומים השונים של תרביות אלה בתחום הביו-הנדסה. תודה שצפית.

Education

JoVE Science Education

Engineering

הנדסה

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

Histotypic Tissue Culture

3d cell growth on engineered matrices

Histotypic tissue culture uses an engineered three-dimensional matrix to grow and propagate cells. Compared with common two-dimensional tissue culture, cells in a 3D setting behave more realistically and better mimic native tissue. The method is useful when high cell density is needed.

The process begins by harvesting cells from donor tissue. Those cells are then placed onto an engineered construct for culture. This setup supports growth in a three-dimensional space instead of a flat surface.

3D Cell Growth on Engineered Matrices

overview of biomaterials

Biomaterials in Medicine and Engineering

Biomaterials are materials designed to interact well with biological organisms or molecules. They may come from an organism, be produced by an organism, or be made as a synthetic polymer. Because of these properties, engineers use biomaterials in medicine and other biological applications. These materials are used in tissue engineering, biosensing, and drug delivery. Tissue engineering uses materials to support the growth or repair of tissues. Biosensing uses materials to detect biological...

collagen hydrogels

Porcine Collagen for Tissue Engineering

Collagen is a useful biomaterial with uses that go beyond the lab. It has also found commercial use in photography. In tissue engineering, collagen can be turned into hydrogels that give engineered tissue support and structure. This page follows the path from porcine skin to a collagen hydrogel. Porcine skin is used as the source of collagen. The material is then prepared for use in tissue engineering applications. The video also shows several applications of collagen and the methods used to...

electrospinning of silk biomaterials

Silk Cocoon Processing for Fiber Mats

Silk cocoons can be processed into a soluble material that is useful for making biomaterials. Silk fibers have been used for fabrics and threads for centuries, but turning them into a versatile pre-polymer solution is a newer technique. That solution can then be shaped into materials with controllable mechanical properties. The process begins with silk worm cocoons. The silk is solubilized, or dissolved, so it can be handled as a liquid-like solution. The video then shows how that silk...

overview of biomem devices

BioMEMs in Diagnostics and Miniaturization

Bio-microelectromechanical systems, or BioMEMs, are microscale devices used in diagnostic settings. They work with very small sample and reagent volumes in vivo and in vitro, which means inside a living body or outside it in a lab. These compact systems support bioengineering research and help make diagnostic tools more efficient. BioMEMs can carry out functions such as filtration, sensing, and synthesis on a tiny scale. Using less material can lower costs and improve sensitivity. The...

microfabrication via photolithography

Photolithography for Silicon Wafer Patterning

Photolithography is a common microfabrication method used to pattern a silicon wafer. It uses light to transfer a design onto the wafer surface. This process helps form the basis for many BioMEM devices. The page also shows how photolithography is carried out in a cleanroom. Cleanroom steps are important because they support careful fabrication of small, detailed features. The video ends by introducing applications of this process in BioMEM device production.

soft lithography

Photolithography for Microfluidic Device Making

Photolithography and soft lithography are used to make BioMEM devices such as microfluidic channels. A microscale pattern is copied by curing an elastomeric polymer over a 3D structure. The result is a polymer piece that can serve as part of a biological device. These polymer structures are then used to build a range of tools. Some are microfluidic channels for biosensing applications. Others are microscale bioreactors that let scientists visualize micro-colonies. The process also shows how...

overview of bioprocess engineering

Bioreactors and Protein Production in Bioprocessing

Bioprocessing uses living organisms to make a desired target product. In many cases, that product is a protein made in a bioreactor, which is a controlled vessel for growing cells. This process often relies on genetically engineered organisms. Engineers design the system so the cells can produce proteins at large scale. That approach is central to making biotherapeutics, which are drugs made from biological materials. Biotherapeutics are important medicines for complex diseases such as...

synthetic biology

Engineering Cells to Produce Proteins

Synthetic biology is a bioengineering method for programming cells to make useful products. In many cases, the goal is to genetically modify an organism so it can produce large amounts of a protein. That protein may already be made by the cell, or it may come from a newly inserted DNA sequence. The process depends on changing an organism’s genetic material. This is done with transformation or transfection, two common ways to introduce DNA into cells. The video also shows how this work is...

batch and continuous bioreactors

Growing Cells in Bioreactors

Bioreactors are used to grow organisms in large volumes. This makes it possible to produce large amounts of a target product. In laboratory and bioengineering settings, they provide a controlled place for cell growth and product formation. The two main reactor types are batch reactors and continuous reactors. A batch reactor contains all of the materials needed for cell growth at the start. A continuous reactor has inlet and outlet ports, so fresh growth media can be added while cell waste is...

overview of biosensing

How Biosensors Detect Molecules

Biosensors detect biological molecules and chemical contaminants by combining biology with physical measurement. They can identify targets such as proteins or cells, as well as non-biological molecules like chemicals or contaminants. This makes biosensing a useful field for studying and monitoring many kinds of samples. These devices rely on different signal types to find the target molecule. Some biosensors use electrical signals, while others depend on optical, electrochemical, or mechanical...

electrochemical biosensing

Glucose Sensors and Cancer Detection

Electrochemical biosensors detect target molecules by measuring an oxidation-reduction event. That signal changes when a molecule binds to the sensor surface. These sensors helped shape modern biosensing after the first glucose biosensor was invented. The glucose biosensor is a key example of this technology. It shows how electrochemical sensing can track a biological target through a measurable electrical change. The same basic idea also helps explain how electrochemical biosensors can be...

optical biosensing

Detecting Molecules with Light

Optical biosensors detect target molecules with light. They monitor binding by reading an optical signal from the sample. This makes them useful for seeing when a target molecule is present. Some optical biosensors use a label molecule. The label creates a measurable signal, such as fluorescence. Other optical biosensors are label-free and track changes in optical properties, such as refractive index, as binding occurs. This page introduces both label and label-free optical biosensors. It...

overview of tissue engineering

Building Artificial Tissue with Biomaterials

Tissue engineering uses biomaterials, specific cells, and growth factors to build artificial tissue. These engineered tissue constructs are designed for tissue repair and, in some cases, organ replacement. The field focuses on how to make tissue work like natural tissue. It begins with a scaffold, which is a structure that supports cell growth. Cells are then added to the scaffold, and growth factors help encourage proliferation, or cell multiplication. The video also outlines common methods...

histotypic tissue culture

Histotypic tissue culture uses an engineered three-dimensional matrix to grow and propagate cells. Compared with common two-dimensional tissue culture, cells in a 3D setting behave more realistically and better mimic native tissue. The method is useful when high cell density is needed. The process begins by harvesting cells from donor tissue. Those cells are then placed onto an engineered construct for culture. This setup supports growth in a three-dimensional space instead of a flat surface.

whole organ tissue culture

Lung Decellularization and Recellularization

Whole organs can be cultured ex vivo using specialized bioreactors to support repair or replacement of entire organs. In this approach, a donor organ is first stripped of all cells. What remains is the three-dimensional structure of the organ, which can then be repopulated with new cells. The lung is the example shown here. The method uses a dynamic culture system that provides mechanical stimulation, similar to what the organ experiences in the body. This type of culture helps induce native...

bioengineering

This collection covers core bioengineering concepts, which include production of biomaterials, histotypic and whole organ tissue cultures, bioprocessing techniques, and the complex system-level fields of bioMEMs and biosensing.


Explore histotypic tissue culture, where cells are harvested from donor tissue and grown on an engineered 3D matrix to better mimic native tissue.

3D Cell Growth on Engineered Matrices

Description

Transcript