פרוטוקול זה ממחיש שיטת עטיפת תא על-ידי הגגנציה פיזית מהירה של קילוף פלסטיצידיות כדי לשתק תאים. מיקרוחרוזי מיקרו מאפשרים הפרשה מבוקרת ומתמשכת של עמילואיד-β לאורך זמן, ניתן להשתמש כדי ללמוד את ההשפעות של המופרש עמילואיד-β ב מבחנה ומודלים vivo.
מאמר שיטה
פרוטוקול זה ממחיש שיטת עטיפת תא על-ידי הגגנציה פיזית מהירה של קילוף פלסטיצידיות כדי לשתק תאים. מיקרוחרוזי מיקרו מאפשרים הפרשה מבוקרת ומתמשכת של עמילואיד-β לאורך זמן, ניתן להשתמש כדי ללמוד את ההשפעות של המופרש עמילואיד-β ב מבחנה ומודלים vivo.
על פי השערת העמילואיד, הגורם המוקדם ביותר בהתפתחות של מחלת אלצהיימר (AD) היא הצטברות של הβ עמילואיד רעילים (Aβ) שברי, בסופו של דבר מוביל את התכונות הקלאסיות של המחלה: הפלאק עמילואיד, מסבך נוירופיבריליאן והפסד עצבי. העדר של מודלים רלוונטיים טרום הטרנסגניים שאינם משקפים התקדמות המחלה הוא אחד הגורמים העיקריים מהווה את התגלית של טיפולים יעילים תרופות. לצורך זה, פיתחנו פרוטוקול לייצור של מיקרוחרוזים קילוף פלסטיצידיות המכילים הפרשה עמילואיד שימושי למחקר של ההשפעות של ייצור Aβ כרונית.
שחלות האוגר הסיני התאים בעבר מנוכר עם גן האדם APP, הפרשה Aβ (כלומר, 7PA2 תאים), שימשו במחקר זה. תלת מימדי (3D) מודל מבחנה עבור שחרורו מתמשכת של Aβ היה מפוברק על ידי עטיפת התאים 7PA2 ב alginate. התהליך היה ממוטב למקד קוטר חרוז של 500-600 יקרומטר להמשך במחקרים vivo. אופטימיזציה של מעטיפת התאים 7pa2 ב קילוף פלסטיצידיות בוצע שינוי הפרמטרים הייצור, למשל, קילוף פלסטיצידיות ריכוז, שיעור זרימת ג'ל, פוטנציאל אלקטרוסטטי, תדר הראש תנודות, פתרון ג'לי. רמות של Aβ מופרש נותחו לאורך זמן ולעומת חרוזים קילוף פלסטיצידיות ושיטות התרבות תאים סטנדרטיים (עד 96 h).
ריכוז של 1.5 x 106 7pa2 תאים/mL וריכוז קילוף פלסטיצידיות של 2% (w/v) באגירה עם hepes ובעקבות הגגנציה ב 0.5 M סידן כלוריד עבור 5 דקות נמצאו להמציא מיקרוחרוזים יציבים ביותר. מיקרוחרוזים מפוברק היו 1) של גודל אחיד, 2) עם קוטר ממוצע של 550 μm, 3) המכיל על 100-150 תאים לכל גרגרי ו 4) מסוגל להפריש Aβ.
לסיכום, השיטה האופטימיזציה שלנו לייצור מיקרוחרוזים יציבים קילוף פלסטיצידיות המכילים עמילואיד הפקת תאים 7pa2 עשוי לאפשר מידול של היבטים חשובים של AD הן מבחנה ובvivo.
דוגמנות מחלות ניווניות הוא מאתגר בשל האופי המורכב והמורכב של המוח. במחלת האלצהיימר (AD), הפסד פרוגרסיבי של תפקוד סינפטית ומוות של הנוירונים הוא האמין להיות אפקט הזרם של הפקת יתר מתמשכת והצטברות של ביתא עמילואיד (Aβ) פפטידים לאחר עיבוד נורמלי של הקודמן של עמילואיד חלבון (APP) לפי השערת העמילואיד1.
כדי להבין את המנגנונים של הפתולוגיה הנגרמת זה עמילואיד ולסייע בזיהוי מטרות הטיפול הרומן, מדענים פיתחו שונים במודלים vivo פרה. קטגוריה אחת של דגמים משתמשת הזרקת בולוס של Aβ פפטיד סינתטי לתוך המוח חולדה2,3,4. המגבלה העיקרית של מודלים כאלה היא שהם סומכים על הנקודה היחידה או חוזר על טיפולים עם פפטידים Aβ בריכוזים גבוהים הופקד על כל אחד ללכת. זה לא מתיישב עם האופי הכרוני, המתמשכת של שחרורו של Aβ במחלה5. קטגוריה נוספת של vivo מודלים היא טרנסגניים מודלים בעלי חיים המבטא אחד או יותר מוטציות גנטיות הקשורות הווריאציות המשפחתית של המחלה6,7,8,9, 10. עם זאת, מאז AD המשפחתית רק חשבונות עבור פחות מ 5% של כל המקרים של אלצהיימר11, הרלוונטיות של מודלים אלה בתרגום לספירה למעלה בבני אדם מוטלת בספק12. חיסרון נוסף של הגישה הטרנסגניים היא היווצרות Aβ מואצת מלידה, אשר מתרגמת לתוך התפקוד הקוגניטיבי שינויים פתולוגיים מהר מדי באגרסיביות כדי להידמות התקדמות המחלה בשנת לספירה בחולים12 . לדוגמה, המודל תחביב 5x מייצר לוחיות קטן כמו 1.5 חודשים13.
מעניין, שתי הקטגוריות הללו כתוצאה משינויים בתפקוד הקוגניטיבי של רלוונטיות למחקר המודעה2,3,4,5,6, ולפעמים הם מלווים על ידי ה הופעה של סימנים פתולוגיים של המחלה כגון שלטי עמילואיד6,8, טאו זירחון6,7 ו/או הפסד סינפטית ונוירואליות7,9, . ארבע עשרה אבל בעוד סוגים אלה של מודלים יכול לתת לנו תובנה על ההשפעות של רמות גבוהות של עמילואיד במוח, אשר משויכים לעתים קרובות עם שלבים מאוחרים יותר של AD, הם נכשלים לשקף את השינויים המוקדמים הציגו בתגובה לחשיפה כרונית ומתמשכת Aβ פפטיד12, כגון ביטוי שונה של סמנים סינפטית15 ורכיבים במטריצה המתכלים16. לכן, עדיין יש צורך ליצור מודל כרוני ממחיש יותר במדויק את ההשפעות של הפרשה Aβ מתמשכת על קוגניציה vivo וממחישה שינויים פתולוגיה.
למטרה זו, פיתחנו מערכת המאפשרת את הפרשה המתמדת והמתמשכת של Aβ באופן מבוקר על-ידי הפרשת עמילואיד בתאי הפרשה בתוך מיקרוחרוזי הידרוג'ל, אשר ניתן להשתיל לאחר מכן בתוך מוח החולדה המבוגר להיבטים מדגם של לספירה.
Alginate היה ביומטריה שנבחרו כפי שהוא ביולוגי תואם לא לגרום לתגובות שליליות כאשר מושתל ב vivo17. עטיפת התאים באלגיאט הידרוג כבר הוקמה במהלך ארבעת העשורים האחרונים. הדוגמא הראשונה של התרגום לקליניקה דווחה לטיפול בסוכרת מסוג 117. הדו ח המוקדם ביותר של מחזור מוצלח של איי לנגרהנס משנת 1980. השתלת מיקרוחרוזים המכילים אינסולין הפרשה תאים מהפכה אפשרויות טיפול עבור חולי סוכרת כפי שהיא שוחזרה תפקוד הלבלב, ביטול הצורך טיפול בהזרקה אינסולין18. עבודות אלה מדווחות על האופן שבו עטיפת התאים יכולה להגן עליהם מלחצים חיצוניים, בין אם מכני או כימי. למעשה, חרוזים קילוף פלסטיצידיות לפעול כמכשול ולבודד תאים מהסביבה המקיפה שמירה על פנוטיפים שלהם, תוך מתן גישה מספקת לתקשורת המקיפים עבור חומרים מזינים והרשאה של לוואי הסלולר19. יתר על כן, השימוש קילוף פלסטיצידיות מאפשר התאמה של תכונות מכניות של רקמה רכה20. קילוף פלסטיצידיות הידרוג יכול להיות מכוון יש נוקשות של 1-30 kPa, על ידי שינוי פשוט של ריכוז קילוף פלסטיצידיות וצפיפות מרובת קישור20,21. זהו היבט חיוני, לא רק כדי לשמור על הביטוי הפנואני של התאים המוכהים בתחום החוץ, אלא גם כדי למנוע כל השפעות דלקתיות לאחר העפיב vivo22.
בפרוטוקול זה, 7PA2 תאים-שורה סינית שחלה אוגר קו כי הוא מנוכר באופן מאוד עם יישום אנושי V717F מוטציה גן23 -משמשים. תאים אלה ברציפות לייצר מוצרים קטליטי של APP, כולל Aβ1-4224,25, והשתמשו כדי לייצר Aβ כחלופה לייצור סינתטי ב preclinical, חריפה במחקרים vivo26. אנו מתארים שיטת הייצור לשתק תאים 7pa2 בתוך "רך" קילוף פלסטיצידיות מיקרוחרוזי מיקרו, נועד לאפשר הפרשה מתמשכת של biomolecules. כהוכחה למושג, אנו מדווחים על שחרורו של Aβ1-42 פפטיד לאורך זמן. קילוף פלסטיצידיות כי משמש הוא בצמיגות נמוכה קילוף פלסטיצידיות עם משקל מולקולרי של 120000-190000 g/מול ו mannuronic ליחס guluronic של 1.56 (M/g).
במחקרים נוספים, מיקרוחרוזים אלה יכולים להיות מושתלים בבטחה באזורים של מוח החולדה של רלוונטיות למודעה (למשל, ההיפוקמפוס) כדי ללמוד את ההשפעות של הפרשה Aβ כרונית על התנהגות vivo ו פתולוגיה vivo. בנוסף, מערכת זו יכולה לשמש כדי ללמוד את ההשפעות של שחרור Aβ כרונית ב מבחנה ביישומים vivo לשעבר. למשל, 7pa2-מיקרוחרוזי קילוף פלסטיצידיות אלגיאט יכול להיות co-תרבותי בתוך מבחנה עם תרבויות נוירואליות או אסטרוציטוטיות כדי להעריך את ההשפעות של חשיפה כרונית Aβ על מנגנונים סלולריים הקשורים AD. יתר על כן, שיטה זו יכולה לשמש כדי לבחון את הקשר בין ייצור Aβ כרונית והפוטנציאל לטווח ארוך של vivo electrophysiology לשעבר.
גולת הסימון של פרוטוקול זה היא מודולריות וגמישות של שיטת הייצור, אשר מאפשר ייצור של חרוזים קילוף פלסטיצידיות עם מימד היעד על ידי כוונון משובח פרמטרים הייצור. בהתאם ליישום, ניתן לכוונן את הפרוטוקול כדי לקבל מטרות העידו ביחס לגודל microbead, צפיפות של התאים שעברו אנקפסולציה, ונוקשות מיקרוחרוז. פרוטוקול זה יכול לשמש לעטיפת מגוון של סוגי תאים, פיתוח רלוונטי יותר תלת מימדי (3D) במודלים מבחנה כדי ללמוד פתווגיות שונות. אנו דיווחו לאחרונה על איך התאים alginate כדוריות יכול לשמש למודל בשלבים המוקדמים של התקדמות הסרטן20.
המושג של תהליך אנקפסולציה מבוסס על שחול של סילון למינארי של תאים הושעו בפתרון קילוף פלסטיצידיות דרך זרבובית. ראש רוטט משבש את הסילון עם תדר מבוקר וכתוצאה מכך טיפות בגודל alginate מבוסס במידה שווה. שדה חשמלי חיצוני מאפשר הפרדה של טיפות alginate מבוסס שנוצר, אשר במגע עם פתרון מועשר ביוני דינטי, כגון יוני סידן, יכול לחצות במהירות, לשמר את הצורה הכדורית שלהם. דגירה בתמיסה מאפשרת היווצרות של מיקרוחרוזים כדוריים המכילים תאים בתוך הידרוג'ל פיזי הומוגנית27. גודל היעד של מיקרוחרוזים ו קילוף פלסטיצידיות הידרוג מאפשר מזיניםs והחלפת חמצן עם מדיה תרבות התא לפרקי זמן ארוכים (שבועות). איור 1 הצגת ייצוג סכמטי של מנגנון האנקפסולציה המשמש (איור 1B).

איור 1 : מערכת עטיפת המחשב. (א) ייצוג סכמטי של מערכת האנקפסולציה. ההשעיה תא alginate הוא נטען לתוך מזרק (2) וניזון דרך מאגר במהירות ההבלטה להגדיר על משאבת מזרק (1). במאגר, כובע רטט (3) רוטט בתדר שנקבע על ידי גנרטור בצורת גל (4) כדי לשבש את הזרם במרווחי זמן שווים, ויוצרים טיפות בגודל שווה. כאשר הפתרון הוא ניזון דרך זרבובית (5) ו טיפות נוצרות, פוטנציאל אלקטרוסטטי מוחל על גבי אלקטרודה (7) שנקבע על ידי גנרטור מתח (6), אשר מטעני מעט את פני השטח של טיפות, ומאפשר לזרם להתפשט כתוצאה של מעבר כוחות אלקטרוסטטית. כמו טיפות לעסוק באמבט gelation (8), Ca2 +מונחה הקישור החוצה של תוצאות קילוף פלסטיצידיות היווצרות של מיקרוחרוזים כדוריים. (ב) צילום של הencapsulator לפני הייצור של מיקרו חרוזי אלגיאט. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
גודל מיקרוחרוז ניתן לשנות בהתאם לשימוש המיועד. על מנת לשלוט בגודל המיקרוחרוז, הפרמטרים השונים המתוארים באיור 1א ובפרוטוקול מותאמים בהתאם. בקוטר הפנימי של הזרבובית שבשימוש יש השפעה ניכרת על גודל הטיפות; עוד התאמת פרמטרי אנקפסולציה, כלומר מהירות ההבלטה, תדר רטט ומתח, הוא המפתח להשגת התפלגות בגודל עקבי. טבלה 1 מתאר כיצד הפרמטרים השונים יכולים לשנות את גודל המיקרוחרוזים שהושגו עם מערכת זו.
| פרמטר | גודל חרירים | תדר רטט | שיעור זרימה | מתח אלקטרודה |
![]() | ![]() | ![]() | ![]() | |
| גודל חרוז |
![]()
| ![]() | ![]() | – |
טבלה 1: הייצור פרמטרים השפעתם על גודל מיקרוחרוז. הטבלה ממחישה כיצד כל פרמטר יכול להשפיע על גודל התוצאה של מיקרוחרוזים מפוברק, ללא קשר לזרבובית ולצמיגות של הפתרון המשמש.
1. ההכנות
2. הגדרת מערכת האנקפסולציה
3. הייצור
4. בדיקות ושימוש בחרוזי מיקרו
התאים 7PA2 הם בהצלחה באנקפסולציה של מיקרוחרוזי אלגיאט
לאחר ההכנה, מיקרודיסים אחידים וכדוריים מופקים בהצלחה באמצעות פרוטוקול זה. התמונות באיור 2להלן להציג דוגמה של איך שינוי אחד הפרמטרים (כלומר, מתח) משנה את הזרימה ואת הפיזור של זרם קילוף פלסטיצידיות טיפות. איור 2 ב מראה דוגמה של חרוזים קילוף פלסטיצידיות מיד לאחר תהליך gelation.

איור 2 : אופטימיזציה שיטת ייצור. (א) תצלומים המציגים שינויים בפיזור הזרימה. (ב) תמונת שדה בהיר המציגה קילוף פלסטיצידיות מיקרוחרוזים כדוריים מיד לאחר הייצור. (ג) דוגמה של צעד אופטימיזציה: כוונון פרמטרים שנבחרו הייצור כדי להשיג את גודל מיקרוחרוז היעד. גרפים נבחרים כדי להמחיש את הקשר בין כל פרמטר לבין גודל המיקרו-חרוזים (התפלגות גודל מתוך לפחות n = 100 מיקרוגרמות). שימו לב כי הקוטר הפנימי של הזרבובית, צמיגות של הפתרון ותנאי הגלינג עלולים להשפיע גם על הגודל של חרוזים מפוברק. קווי שגיאה מייצגים את ש גויטיין נא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
הפרוטוקול המתואר הוא גמיש ומאפשר ייצור של גדלים שונים של מיקרוחרוזים מבוססי alginate, משתנה בקומפוזיציה על פי האפליקציה. באיור 2C, אנו מדווחים על ההשפעה של קילוף פלסטיצידיות שיעור זרימה, מתח ותדר על גודל מיקרוחרוז באמצעות 2% (w/v) הפתרון קילוף פלסטיצידיות ב hepes (pH 7.2) הבלטת באמצעות זרבובית 300 יקרומטר.
ככל שהטווח של מחקר זה היה לייצר מיקרוחרוזים שניתן להטביע בתוך המוח עכברוש, התאמתי את הפרמטרים הייצור כדי להשיג קוטר מיקרוחרוז ממוצע בטווח של 500-600 μm. למטרות בקרת איכות, השיטה היתה ממוטבת לשינויים מינימליים ברחבי האוכלוסייה של חרוזים מפוברק (כלומר, התפלגות בגודל הצר). אנא שימו לב כי (1) המיוצר חרוזים ניתן להזריק במוח עכברוש באמצעות מזרק המילטון מצויד מחט 20G; ו-(2) האונה האחת של מוח החולדה יכול לארח עד שניים או שלושה חרוזים בגודל זה.
לאחר אופטימיזציה, encapsulating 7PA2 תאים בריכוז של 1.5 x 106 תאים/mL מושעה 2% (w/v) הפתרון מאגור עם hepes וירד באמבטיה 0.5 M כלוריד סידן כלורי הניב את המיקרוחרוזים הרצוי. איור 3 A להלן מציגה תאים 7PA2 כדורית מופץ באופן שווה ב מיקרוחרוזים לאחר יום אחד בתנאי תרבות תא סטנדרטי. הפצת תאים 7PA2 נבדקה באמצעות שיטת MTS לפי פרוטוקול היצרן. לא היה הבדל משמעותי בין ההתנהגות של התאים 7pa2 גדל עם או בלי קילוף פלסטיצידיות מעל תקופה של שבעה ימים (איור 3ב). בעת הדגירה של תאים כדורית בתנאי תרבות סטנדרטיים, תאים צפויים להמשיך להתרבות במשך הניסוי, ומדרגות קטנות של בריחה תא ניתן לצפות כתוצאה מכך, כפי שדווח בעבודות אחרות28. ההשפעות של זה ניתן לטפל על ידי encapsulating בצפיפות התא קטן יותר או לצמצם את הריכוז סרום שבו מיקרוחרוזים מודבטים.

איור 3 : תאים 7PA2 באנקפסולציה. (א) תמונה בשדה בהיר של תאים 7pa2 כדורית מראה אפילו התפלגות התא לאורך מיקרוחרוז קילוף פלסטיצידיות. פרמטרים הייצור נקבעו כדי להשיג ~ 150 7PA2 תאים לכל חרוז. לא וריאציה משמעותית של חרוזים קילוף פלסטיצידיות נצפתה מעל 7 ימים של תרבות. (ב) לא היה הבדל נצפה בין התפשטות כוללת של 7pa2 תאים מודבטים עם קילוף פלסטיצידיות נגד תאים מודבטים ללא קילוף פלסטיצידיות. התאים 7pa2 לצמוח ולהגר על הנפח של חרוזים קילוף פלסטיצידיות; הפחתת ריכוז הסרום ניתן לראות כדי להאט את צמיחת התאים. קווי שגיאה מייצגים את ש גויטיין נא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
מיקרו חרוזים encapsulating 7PA2 התאים הם יציבים לאורך זמן
כדי לחקור את הגודל והצורה של מיקרו מיקרוחרוזי קילוף פלסטיצידיות, ניתוח מיקרוסקופ בוצע לאחר הייצור ואת הגלציה. הקוטר הממוצע עבור מיקרוחרוזים שהושגו באמצעות הפרוטוקול שנבחר הוא 550 ± 2 μm.
באופן תיאורטי, מספר התאים הצפויים ב-550 μm בקוטר מיקרוחרוז יכול להיות מחושב כדלקמן:

כאשר V = עוצמת הקול ו r = רדיוס. נפח של מיקרוחרוז יחיד הוא V = 8.8 x 10-5 מ ל; לכן, מספר התאים לכל מיקרוחרוז בזמן אנקפסולציה = (1.5 × 106) x (8.8 x 10-5) ≈ 130 תאים.
ניסויים, ספרנו את מספר התאים שעברו אנקפסולציה מיד לאחר הייצור. החרוזים של אלגינקה שובשו בעדינות באמצעות ערבוב התפרקות והתאים היו מוכתמים בתמיסה כחולה טריכרונית. שערוך הכדאיות וספירת תאים בוצע באמצעות הומוציטוטומטר; תוצאות שהתקבלו הראו ממוצע של 116 ± 17 תאים חיים לכל מיקרוחרוז (n = 5, הנתונים לא דווחו). כצפוי, הבדל מזערי בין ספירת תאים תיאורטית וניסויית מיד לאחר שנצפתה האנקפסולציה. עבור יישומים מסוימים, ובמיוחד כדי לקבוע את כמות Aβ שוחרר לאורך זמן, חשוב לנבא את מספר התאים שעברו אנקפסולציה של כל חרוז קילוף פלסטיצידיות.
מעניין, לתהליך האנקפסולציה אין השפעה משמעותית על הכדאיות בתאים. תוצאות מדווחים בעבודה קודמת, שבו תאים סרטניים המעי הגס (כלומר, hct-116) היו באמצעות שיטה דומה, ללא הבדלים בכדאיות התאים ב קילוף פלסטיצידיות מיקרוחרוזי בהשוואה 2d שולטת20.
כדי למדוד את היציבות של האלגיאט המשמש בתהליך האנקפסולציה, מדדנו קטרים של מיקרודיטרים לאורך תקופה של 14 ימים (n = 100). לא היו שינויים בקוטר הממוצע 14 ימים לאחר אנקפסולציה לעומת מיד לאחר אנקפסולציה (נתונים לא דווחו).
תאים 7PA2 באנקפסולציה לשחרר Aβ לאורך זמן
מדיה ממוזג נותחו מ 2D ותרבויות 3D של 7PA2 תאים לחשוף עלייה מתמדת Aβ1-42 רמות. התקשורת התרבותית של התאים הייתה בשימוש בכל 24 שעות, ועד ארבעה ימים, ונותחו באמצעות אליסה. הנתונים שלנו מראים כי שיעור השחרור של Aβ1-42 מ מיקרוחרוזים (3d) דומה בפרופיל כי שוחרר מן התרבות הדו (איור 4).

איור 4 : קצב של Aβ1-42 הפרשה מ 7pa2 תאים. (A) Aβ release (% מנורמל לאחר 4 ימים) מ-2d ו-3d במודלים של מבחנה יש פרופיל דומה. שני הדגמים מראים עלייה מתמדת ברמות Aβ בתקופה של ארבעה ימים, וכצפוי, לא ניתן להגיע לריכוז קבוע. (ב) ריכוז של Aβ1-42 מנורמל מספר התא ההתחלתי, המציג הפרשה דומה של Aβ1-42 לאורך זמן, ללא קשר לשיטות culturing. לא הנוכחות של קילוף פלסטיצידיות ולא את התהליך של כימוס (3d במודל חוץ גופית) לשנות את הפרשה של Aβ1-42. קווי שגיאה מייצגים את ש גויטיין נא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
יישום פוטנציאלי של תאים 7PA2 כימוס
אנו מדווחים כי תאים 7pa2 מכהים במיקרו מיקרוחרוזי קילוף פלסטיצידיות ניתן להשתמש ביעילות עבור שחרור מתמשך של Aβ1-42, ומכאן משמש כדי לבחון את ההשפעה של הפרשה Aβ כרונית בכל מודל קדם קליני. באיור 5 להלן, אנו מראים את היתרונות של השימוש קילוף פלסטיצידיות מיקרוחרוזים כי ניתן להזריק בקלות ממוקם בתוך המוח של חולדה. מקטעים vivo Ex הם כאן משמש למטרות המחשה, השוואת מילימטר קילוף פלסטיצידיות חרוז לעומת קילוף פלסטיצידיות מפוברק מיקרוחרוזים.

איור 5 : שימוש במיקרוחרוזי מיקרו-קליני ליישומים רלוונטיים. מיקרוחרוזים עבור חרט במוח עכברוש חייב להיות קטן מספיק כדי להיות מוטבע מבלי ליצור הנגע גדול מדי כדי למנוע נזק למוח בתוך כימומה ולהשפיע לרעה על תפקוד המוח נורמלי. תמונה (A) מראה השוואת גודל בין חרוז בקנה מידה מילימטר וחרוז מיקרומטר מוקטן זה לצד זה. (ב) שתילת חרוז מילימטר בתוך המוח למטרות vivo לא יעבדו. תמונה (ג) מראה מיקרוחרוז מפוברק באמצעות פרוטוקול זה. הגודל מתאים להוספה בתוך ההיפוקמפוס של החולדה מבלי השפעה מזיקה על הפיזיולוגיה נורמלי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
התמונות לעיל להדגיש את החשיבות של שליטה בגודל של מיקרוחרוז למחקרים כאלה. כאן, אנו מדגימים את היתרון של שימוש בחרוזי מיקרו קטרים תחת 600 μm. זה מאפשר את השימוש של הזרקה פולשנית (למשל, מזרק המילטון) כדי לשלוט טוב יותר את המיקום של חרוזים מוזרק בתוך המוח.
לסיכום, encapsulating 7PA2 תאים מעניקה שליטה על גודל של מיקרוחרוזים, מספר תאים כימוס וחיזוי של Aβ מופרש מן המיקרוחרוזים (למשל, ריכוז, פרופיל שחרור). שליטה בגודל של מיקרוחרוזים חיונית משתי סיבות: 1) כדי לאפשר שליטה מכוון עדין על הריכוז של שוחרר Aβ, ו 2) כדי לאפשר השרשה באזור מבוקרת של המוח העכברוש. התוצאות שהתקבלו כאן לתאר את כוונון נתיישב של מיקרו חרוזי מיקרוגינג ולהדגיש יישומים פוטנציאליים למחקרים נוספים.
השיטה המותווה במאמר זה שימושית לencapsulating תאים העושים התפלגות בגודל צר של מיקרוחרוזי מיקרו27. הוא גם מעניק את היתרון של התאים הגדלים בסביבה חיסונית מבודדת17,19, הגנה עליהם מפני מתח חיצוני. בנוסף, כימוס של תאים בתוך קילוף פלסטיצידיות מחקה באופן מקרוב יותר מצבים פיזיולוגיים, במיוחד לגבי אינטראקציות תא לתאים ונוקשות מטריקס20. גורמים אלה הם קריטיים במיוחד לשימוש הבאים ביישומים רלוונטיים, כגון בvivo, מנעה את תגובות החיסון הפוטנציאלי ברקמות המקיפות17. יתרה מזאת, יתרון גדול של פרוטוקול זה הוא הtuneability הקלה בהתאם ליישום הריבית: ניתן לשנות את הפרוטוקול ולמטב את הפרמטרים לייצור של חרוזים גדולים יותר או קטנים יותר, ומחרוזות רכות יותר או יותר. השיטה המתוארת משמשת ליצירת חרוזים קטנים מספיק כדי להיות מוזרק עם שיטות פולשניות מינימלית, ומספיק גדול כדי לארח מספר תאים ולספק שחרור מספיק של Aβ כדי לגרום להשפעות התנהגותיות ופתולוגיים בעת הזרקה בדגמי בעלי חיים.
הצלחת פרוטוקול זה תלויה במספר שלבים קריטיים. הטיפול בתאים זהירים וטכניקות תאים מיטביים של תא הינן חשובות לשמירה על הכדאיות התאית והפונקציה20,28. שימוש בתנאי תרבות סטנדרטיים מבטיח שימור של פונקציה נורמלית של תאים 7PA2, כפי שנצפתה. זה מאפשר פרופיל שחרור דומה עבור Aβ1-42 מתאים כימופ בהשוואה לתרבויות דו-ממדיות. בנוסף, על הפרוטוקול לעבוד בצורה אופטימלית, פתרון בעל צמיגות נמוכה מבטיח תוצאות טובות יותר בהשוואה לפתרון בעל צמיגות גבוהה. הדבר מבטיח שסילון למינארי הומוגנית ינוכה דרך הזרבובית והפצת תאים אפילו בתוך המטריצה של החרוזים הבדויים27. חומרים המשמשים לכמס תאים חייב להיות מנגנון gelation מהיר מאוד, המאפשר שמירה של צורה.
צעד קריטי נוסף בפרוטוקול זה הוא טיפול של מיקרוחרוזים מפוברק אחרי הגלציה. כאן, אנו מראים את האיחזור של מיקרוחרוזים באמצעות מפתח פלסטיק גדול הצמצם להעביר את החרוזים. לחילופין, שפיכת פתרון סידן כלוריד המכיל את המיקרוחרוזים לתוך מסנן רשת שינוי ניתן להשתמש לאחזור חרוז. ניתן להשתמש בצנרת שלמה גדולה (5, 10 או 25 מ"ל) בכדי לשרטט את המיקרוחרוזים ולאחר מכן לשטוף את מסנן הרשת במקום לשפוך. היתרון של זה הוא ביטחון גבוה יותר עקרות ההליך בהשוואה לשפוך. עם זאת, מן המגבלות היא כי כמה חרוזים עלולים להיות מעוותים אם הם דחוסים על ידי הפיפטה, בנוסף לסיכון תשואה נמוכה יותר אם חלק גדול של חרוזי מיקרו לא חולצו.
גישה זו שימש לכמס קווי תאים שונים למודל וללמוד מחלות שונות (למשל, שחרור של אינסולין מתוך איון הלבלב כדורית). החידוש של הגישה שלנו הוא החרט של המיקרוחרוזים שנוצר באמצעות פרוטוקול זה כשיטה שימושית במידול היבטים חשובים של מחלת אלצהיימר ב vivo. כאשר משווים את פרופיל השחרור של Aβ מתאים באנקפסולציה (איור 4) לרמות של Aβ שנוצרו על ידי הזרקת בולוס (כגון זה דיווח במחקרים אחרים3,26), שחרור כרוני יותר ומתמשכת של Aβ יכול להיות צפוי. איור 6 ממחיש את הנטייה החזויה שניתן להשיג. באמצעות מערכת זו עבור מידול vivo רלוונטי יותר לאופן ההתקדמות המחלה יכול להיות שימושי יותר בגילוי ופיתוח של סמים.

איור 6 : פרופיל שחרור חזוי של Aβ1-42 מ-7pa2 כימוע תאים לעומת הזרקת בולוס. הפרופיל של Aβ שחרור מתוך מיקרומפיצים 7PA2 המכיל מיקרו חרוזים מאפשר בדיקות של ההשפעות של Aβ כרונית ומתמשכת במודל חיה של רלוונטיות ל-AD. לעומת זאת, הזרקת בולוס תיצור יתד ברמות Aβ לאורך זמן קצר, ואחריו הרשאה מהירה של Aβ מהמוח. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
. למחברים אין מה לגלות
המחברים רוצים להודות למר קייג'ן סובוד, ד ר ג'ונתן ווקטו, מר דומיניק גרודנסקי, מיס צ'ן ז'או, וד ר תיירי פיילוט לעזרתם במיטוב ייצור מיקרוחרוזים של אלגיאט, תרבות תא וזיהוי Aβ, ומדעי שימושי דיונים.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| ומיקרו; מנהל תוכנה | Vale Lab, UCSF, ארה"ב | v.1.46 | |
| 0.22 um PES מסנן | Merck, בריטניה | SLGP033RS | |
| 15 מ"מ Netwell הכנס 74 אום רשת מסנן | Constar, ארה"ב | #3477 | |
| חומצה אלגינית מלח נתרן מאצות חומות | Sigma-Aldrich, uk | A0682 | |
| סידן כלוריד | Sigma-Aldrich, uk | C1016 | |
| תא טיטר96 AQueous One Solution Cell Proliferation Assay Assay | Promega, ארה"ב | G3580 | |
| Encapsulator | Inotech | IE-50 | מס' סידורי 05.002.01-2005 |
| HEPES | Sigma-Aldrich, uk | H4024 | |
| Hu Aβ 1-42 ELISA | ThermoFisher, בריטניה | KHB3441 | |
| תוכנת ImageJ | ImageJ | v1.49p | |
| מיקרוסקופ אור הפוך | אולימפוס | CKX41 | |
| מיקרוסקופ Leica | Leica מיקרוסיסטמס, בריטניה | DMI6000B | |
| Neo sCMOS מצלמה | אנדר, בריטניה | 5.5 | |
| פוספט חוצץ מלח | סיגמא-אולדריץ', בריטניה | D1408 | |
| נתרן כלורי | סיגמא-אולדריץ', בריטניה | 433209 | |
| טריספדיום ציטראט דיהידראט | סיגמא-אולדריץ', בריטניה | פתרון W302600-K | |
| Trypsin-EDTA | Sigma-Aldrich, בריטניה | T4049 |