הפלטפורמה biowire הלב היא שיטה חוץ גופית המשמשת להבשיל עובריים אנושיים cardiomyocytes הנגזרות תאי גזע מושרים (hPSC-CM) על ידי שילוב טיפוח התא תלת ממדי עם גירוי חשמלי. כתב יד זה מציג את ההגדרה המפורטת של פלטפורמת biowire לב.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
הפלטפורמה biowire הלב היא שיטה חוץ גופית המשמשת להבשיל עובריים אנושיים cardiomyocytes הנגזרות תאי גזע מושרים (hPSC-CM) על ידי שילוב טיפוח התא תלת ממדי עם גירוי חשמלי. כתב יד זה מציג את ההגדרה המפורטת של פלטפורמת biowire לב.
גזע פלוריפוטנטיים האנוש cardiomyocytes התא נגזר (hPSC-CMS) היה מקור תא הבטיח ובכך עודד את החקירה של היישומים הפוטנציאליים שלהם במחקר לב, כוללים גילוי תרופות, דוגמנות מחלה, הנדסת רקמות, ורפואת רגנרטיבית. עם זאת, תאים המיוצרים על ידי פרוטוקולים קיימים להציג מגוון של בגרות לעומת cardiomyocytes חדרית בוגרי ילידים. מאמצים רבים נעשו כדי להבשיל hPSC-CMS, עם התבגרות מתונה בלבד שהושגה עד כה. לכן, מערכת מהונדסת, שנקראה biowire, כבר המציאה ידי מתן שני רמזים פיסיים חשמל להוביל hPSC-CMS למצב בשל יותר במבחנה. המערכת משתמשת בפלטפורמה microfabricated זרע hPSC-CMS מסוג קולגן אני ג'ל לאורך תפר תבנית נוקשה להרכיב לתוך רקמת לב מיושר (biowire), הכפופה גירוי שדה חשמלי בתדירות גוברת בהדרגה. בהשוואה לקבוצת ביקורת nonstimulated,מגורה biowired cardiomyocytes להפגין תואר משופר של התבגרות מבנית אלקטרו. שינויים כאלה הם תלויים שיעור הגירוי. כתב יד זה מתאר בפירוט את העיצוב והיצירה של biowires.
טיפול המבוסס על תא הוא אחת האסטרטגיות המבטיחות וחקרו ביותר להשיג תיקון / התחדשות לב. הוא נוצל בעזרת הנדסת רקמות לב ואת שיתוף המשלוח של חומרים ביולוגיים 1, 2. רוב המקורות סלולריים הזמינים נחקרו במודלים של בעלי חיים עבור והשפעתם הפוטנציאלית החיובית על פגום, חולה, או לבבות בגילאי 3. בפרט, מאמצים משמעותיים נעשו להשתמש בתאי גזע פלוריפוטנטיים אנושיים (hPSC) -derived cardiomyocytes (hPSC-CM), מקור תא עצמי בלתי מוגבל פוטנציאלי עבור הנדסת רקמות לב. hPSC-CMS ניתן להפיק באמצעות פרוטוקולים כמה הוקמו 4, 5, 6. עם זאת, התאים המתקבלים להציג פנוטיפים העובר דמוי, עם מגוון של מאפיינים בשלה לעומת cardiomyocytes חדרית בוגרים 7, 8. זה יכול להיות מכשול בפני יישום של hPSC-CMS כמודלים של רקמת הלב המבוגר במחקר גילוי סמים בפיתוח מודלים למחלות לב מבוגר 9.
על מנת להתגבר על מגבלה זו של בגרות פנוטיפי, גישות חדשות נחקרו באופן פעיל כדי לקדם התבגרות cardiomyocyte. מחקרים מוקדמים גילו תכונות פרו-בשלות יעילות cardiomyocytes עכברוש בילוד באמצעות 10 מכנים מחזוריים או 11 גירוי חשמלי. דחיסת ג'ל גירוי מכאני מחזורי הוצגו גם לשפר היבטים מסוימים של התבגרות hPSC-CM 12, 13, עם שיפור מזערי של נכסי טיפול אלקטרו וסידן. לכן, מערכת פלטפורמה בשם "חוט ביולוגי" (biowire) תוכננה על ידי מתן שני רמזים מבניים stimulatio שדה החשמליn על מנת לשפר את ההבשלה של hPSC-CMS 14. מערכת זו משתמשת בפלטפורמת microfabricated ליצור רקמת לב מיושרת כי ניתן גירוי שדה חשמלי. זה יכול לשמש כדי לשפר את הבגרות המבנית של אלקטרו hPSC-CMS. כאן, אנו מתארים את הפרטים של מה שהופך biowires כזה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. עיצוב מאסטר ייצור
הערה: השתמש ליתוגרפיה רך עבור ייצור המכשיר. הפוך מאסטר דו שכבתי SU-8 עבור polydimethylsiloxane דפוס (PDMS).
2. יצירת לשכת גירוי חשמלי
3. דיסוציאציה אנזימטית של hPSC-CMs
4. גירוי חשמלי טיפוח Biowire
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הרציונל לשימוש תפר את biowires הוא לשמש כתבנית ליצירת מבני 3D כי ליישר ב ציר אחד לחקות את הצורה של סיבי לב. אנו מראים כי לאחר שבעה ימים של תרבות biowire, תאים שופצו הג'ל ברחבי (איור 3 א) התפר. התאים נאספו לאורך הציר של התפר כדי ליצור מיושר ברקמת לב (איור 3). לאחר 7 ימים של preculture, את biowires נחשף 7 ימים של גירוי שדה חשמלי הציגו עוד תכונות תואמות התבגרות מבנית ותפקודית של שריר לב.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כתב יד זה מתאר את ההתקנה והטמעה של הפלטפורמה המהונדסת, biowire, כדי לשפר את ההבשלה של hPSC-CMS. המכשיר יכול להתבצע במתקני microfabrication סטנדרטיים, biowires יכול להיות מיוצר עם טכניקות תרבית תאים משותפות לממריץ חשמלי.
למיטב ידיעתנו, אין דיווח שיטה דומה biowires. אסטרטגיה זו מגלה כי מאפייני הבשלה משופרים היו תלויים במשטר הגירוי החשמלי, כפי שמעידים הרמה הבשלה יותר שהושגה biowires נתון המשטר כבש את שער גירוי הגבוה...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
החוקרים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.
עבודה זו נתמכה על ידי גרנט ב- סיוע מן הלב ושבץ הקרן של קנדה (G-14-0,006,265), מענקי הפעלה מהמוסד הקנדי לבריאות מחקר (137,352 ו 143,066), וכן מענק מקרן JP Bickell (1,013,821 ) ל SSN.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| L-Ascorbic | acid Sigma | A-4544 | hPSC-CM componet |
| AutoCAD Autodesk | , Inc | תוכנה לתכנון מכשיר | |
| מוטות פחמן, Ø 3 מ"מ | רכיב תא ממריץ חשמלי | ||
| קולגן, סוג 1, זנב עכברוש | BD Biosciences | 354249 | ג'ל קולגן: 2.1 מ"ג/מ"ל של קולגן זנב חולדה מסוג I ב-24.9 מ"מ גלוקוז, 23.8 מ"מ NaHCO<תת>3, 14.3 מ"מ NaOH, 10 מ"מ HEPES, ב-1x M199 מדיה עם 10% של מטריג'ל מופחת בגורם גדילה. |
| סוג קולגנאז I | Sigma | C0130 | 0.2% קולגנאז מסוג I (w/v) ו-20% FBS (v/v) ב-PBS עם Ca2+ ו-Mg2+. לעקר עם 0.22 μ מ 'מסנן ומכין 12 מ"ל אליקוטים. יש לאחסן בטמפרטורה של -20 מעלות צלזיוס. |
| דאוקסיריבונוקלאז I (DNase I) | EMD Millipore | 260913-25MU | הכינו תמיסת מלאי של 1 מ"ג/מ"ל DNase I במים. סנן סטרילי ואחסן 0.5 מ"ל אליקוטים ב & מינוס; 20 מעלות; C |
| מקדחים ומקדחים (&אוסלאש; 1 מ"מ ו-2 מ"מ) | Dremel | קידוח חורים במסגרות פוליקרבונט | |
| ממריץ חשמלי | דשא | s88x | |
| סרום בקר עוברי (FBS) | WISENT Inc. | 080-450 | |
| D-(+)-גלוקוז | Sigma | G5767 | רכיב ג'ל קולגן |
| L-גלוטמין | תרמו פישר 25030081 | ||
| H2O | MilliQ | 18.2 MΩ · ס"מ ב-25 מעלות; C, אולטרה-טהור, כדי להפוך את כל הפתרונות | |
| HEPES | Sigma | H4034 | רכיב ג'ל קולגן |
| פלטה חמה | טורי פיינס | HS40 | |
| Iscove's Modified Dulbecco's Medium (IMDM) | Thermo Fisher Scientific | 12440053 | |
| Mask | aligner EVG | EVG 620 | |
| Matrigel, מקדם גדילה מופחת | Corning | 354230 | רכיב ג'ל קולגן |
| בינוני 199 (M199) | Thermo Fisher Scientific | 11825015 | רכיב ג'ל קולגן |
| מונותיוגליצרול (MTG) | Sigma | M-6145 | hPSC-CM מרכיב מדיה תרבית |
| שייקר אורביטלי | VWR 89032-088 | ||
| פניצילין/סטרפטומיצין (P/S) | Thermo Fisher Scientific | 15070063 | |
| תמיסת מלח חוצצת פוספט (PBS) עם Ca2+ ו-Mg2+ | Thermo Fisher Scientific | 14040133 | |
| Plate (6 בארות) | Corning | 353046 | |
| Plate (6 בארות), חיבור נמוך | Corning | 3471 | |
| חוטי פלטינה, 0.2 מ"מ | רכיב תא סטימולטור חשמלי | ||
| Polydimethylsiloxane (PDMS) | Dow Corning | Sylgard 184 | |
| פרופילן גליקול מונומתיל אתר אצטט (PGMEA) | איילה & אינגלס בע"מ | הוופל | |
| ממירים | פתוחים לקלף | 92308 | לעיקור קיטור |
| פרוסת סיליקון, 4 אינץ' | UniversityWafer Inc. | ||
| נתרן ביקרבונט (NaHCO3) | Sigma | S5761 | רכיב ג'ל קולגן |
| נתרן הידרוקסיד | Sigma | S8045 | רכיב ג'ל קולגן |
| Sprin Coater | מערכות ציפוי מיוחדות | G3P-8 | |
| StemPro-34 מדיום תרמו | פישר סיינטיפיק | 10639011 | מדיום תרבית hPSC-CM. להכנת 50 מ"ל, הוסף תוספת של 1.3 מ"ל, 500 μ L של 100 פעמים; L-גלוטמין, 250 ו-mu; ליטר של 30 מ"ג/מ"ל טרנספרין, 500 μ ליטר של 5 מ"ג/מ"ל חומצה אסקורבית, 150 μ L של 26 μ l/2 מ"ל מונותיוגליצרול (MTG), ו-500 μ L (1%) פניצילין/סטרפטומיצין. |
| עצור מדיה | מדיום כביסה: FBS (1:1) | ||
| SU-8 50 | MicroChem Corp. | פוטו-רזיסט, רכיב ראשי | |
| SU-8 2050 | MicroChem Corp. | photoresist, רכיב ראשי | |
| Transferrin | Roche | 10-652-202 | hPSC-CM componet מדיה תרבית |
| Trypsin/EDTA, 0.25% | Thermo Fisher Scientific | 25200056 | hPSC-CM componet מדיה תרבית |
| שטיפה | IMDM המכיל 1% פניצילין/סטרפטומיצין |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.