המטרה של פרוטוקול זה היא ישירות bioprint תאי אפיתל השד כמו כדוריות רב תאיות על רשתות אנדותל שנוצרו מראש כדי ליצור במהירות מודלים 3D השד אנדותל שיתוף תרבות אשר ניתן להשתמש בהם עבור מחקרים הקרנת סמים.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
המטרה של פרוטוקול זה היא ישירות bioprint תאי אפיתל השד כמו כדוריות רב תאיות על רשתות אנדותל שנוצרו מראש כדי ליצור במהירות מודלים 3D השד אנדותל שיתוף תרבות אשר ניתן להשתמש בהם עבור מחקרים הקרנת סמים.
Bioprinting מתגלה ככלי מבטיח לפברק מודלים של סרטן אנושי 3D כי טוב יותר לסכם סימני ההיכר הקריטיים של ארכיטקטורת רקמת vivo. בהדפסה ביולוגית של שחול שכבה אחר שכבה, תאים בודדים מובלטים בביו-ינק יחד עם רמזים מרחביים וטמפורליים מורכבים לקידום הרכבה עצמית של רקמות היררכיות. עם זאת, טכניקה זו biofabrication מסתמך על אינטראקציות מורכבות בין תאים, bioinks ורמזים ביוכימיים וביופיזיים. לכן, הרכבה עצמית עשויה להימשך ימים או אפילו שבועות, עשויה לדרוש bioinks ספציפי, ולא תמיד יכול להתרחש כאשר יש יותר מסוג תא אחד מעורב. לכן פיתחנו טכניקה להדפסה ביולוגית ישירה של ספירואידים אפיתל שד תלת-ממדיים שנוצרו מראש במגוון ביו-לינקים. ספירואידים אפיתל שד 3D מעוצבים מראש קיימו את הכדאיות שלהם ואת הארכיטקטורה המקוטבת לאחר ההדפסה. בנוסף הדפסנו את הכדורואידים בתלת-ממד על רשתות תאי אנדותל של כלי הדם כדי ליצור מודל של תרבות משותפת. לכן, טכניקת ההדפסה הביולוגית החדשה יוצרת במהירות מודל שד אנושי תלת מימדי רלוונטי יותר מבחינה פיזיולוגית בעלות נמוכה יותר ועם גמישות גבוהה יותר מאשר טכניקות הדפסה ביולוגית מסורתיות. טכניקת ביו-הדפסה רב-תכליתית זו ניתנת להדפסה כדי ליצור מודלים תלת-ממדיים של רקמות אחרות בביו-ינקים נוספים.
מודלים של גידולים במבחנה במבחנה הם כלים חיוניים למחקר מכני של צמיחת סרטן וגרורות. עבור סרטן השד בפרט, תאי אפיתל השד בתרבית Matrigel לארגן לתוך ספרואידים מקוטבים הדומים יותר לארכיטקטורה acinus ממארי in vivo1,2,3,4,5,6,7,8. 3D תרבית תאי אפיתל השד משפיע גם על תפקוד התא, עם תרביות 3D מראה הבדלים אפנון קולטן אפידרמיס (EGF)8,9; פונקציית אונקוגן, כולל ErbB210; צמיחה ואפופטוזיס איתות11,12; והתנגדותכימותרפית 13,14. תאי אנדותל כלי דם מגיבים באופן דומה באופן שונה לגירויים סביבתיים בתלת מימד לעומת תרבות דו מימדית מסורתית15,16,17,18. עם זאת, רוב ההבנה של אינטראקציות אנדותל ושד כלי הדם אפיתל מגיע תרבות 2D באמצעות בינוני מותנה או Transwell מוסיף, או מודלים 3D שבו שני סוגי התאים מופרדים פיזית19,20,21,22,23. מודלים אלה של תרבות משותפת מספקים תובנה פיזיולוגית מוגבלת, שכן הן תרבות 3D והן מגע תאים הם קריטיים אנדותל כלי הדם – אינטראקציות תא אפיתל השד24,25,26.
מודלים סרטן 3D כבר מפוברק באמצעות מגוון רחב של טכניקות, כולל היווצרות ספירואיד טיפה תלויה, bioprinting, הרכבה מגנטית, ותרבות בתוך הידרוג'לים או על פיגומים מהונדסים5,27,28,29. לאחרונה, מודלים גידול 3D נוצרו עם סוגי תאים מרובים מסודרים במבנים 3D בהתאמה שלהם. בדוגמה אחת של פלטפורמת גידול על שבב, סרטן, אנדותל, תאים סטרומה היו מעורבבים לתוך מטריצה ולאחר מכן מוזרק לתוך שלושת תאי הרקמה המרכזיים במכשיר polydimethylsiloxane (PDMS). תאי הרקמה היו גובלים בשני ערוצים חוץים שייצגו עורק ונוזל. לאחר 5-7 ימים של תרבות, תאי אנדותל יצרו רשת microvascular ותאי סרטן התפשטו כדי ליצור גידולים קטנים ליד כלי הדם. פלטפורמה זו שימשה אז כדי לסנן סמים ושילובי סמים30. פלטפורמות נוספות לגידול על שבב נוצרו כדי לחקור גרורות וסוגי סרטן עם גירויים מכניים ספציפיים (למשל, זן מכני בריאה)31,32. עם זאת, פלטפורמות אלה בדרך כלל אינן כוללות הן כלי דם וסרטן במבנים 3D בהתאמה שלהם.
Biofabrication מראה הבטחה גדולה בקידום 3D במודלים גידולים במבחנה כלי דם, שכן הוא מאפשר שליטה מרחבית הדוקה על מיקום התא. למרות הצמיחה של bioprinting בעשור האחרון, מחקרים מעטים להתמקד במיוחד על גידולים33,34. בדוגמה אחת, הדפסה תלת מימדית של תאי HeLa בהידרוגל ג'לטין/אלגינט/פיברינוגן שימשה ליצירת מודל סרטן צוואר הרחם במבחנה. תאים סרטניים הודפסו ביולוגית כתאים בודדים ולאחר מכן הורשו ליצור ספרואידים, אשר הראו קצב התפשטות גבוה יותר, ביטוי מטאלופרוטאינאז מטריצה מוגברת, ו chemoresistance גבוה יותר מאשר תאים בתרבות 2D35. במחקרים אלה, כמו רבים אחרים36,37, השעיות תאים מנותקים הודפסו ביולוגית, ולאחר מכן תרביות התא סופקו עם רמזים מכניים וביוכימיים הנדרשים כדי לאפשר לתאים ליצור מבנה 3D. עם זאת, הרכבה עצמית תאית עשויה להימשך ימים או שבועות, עשויה לדרוש רמזים סביבתיים מרחביים וטמפורליים מורכבים, או לא להתרחש כאשר שני סוגי תאים הם תרבית משותפת. לדוגמה, תאי אפיתל השד גרמו למוות תאי בתאי אנדותל בתרבית דו-ממדית, ותאי אפיתל שד מנותקים לא נוצרו כדוריות תלת-ממדיות כאשר הודפסו ביולוגית באלגינאט/ג'לטין הידרוג'ל38. אפיתל שד מנותק או תאים סרטניים יצרו ספרואידים בביוינקים מבוססי אלגינט רק כאשר נלכדו בתבניות PDMS עגולות. במקרים אחרים, spheroids נוצרו באמצעות טיפות מושעה בלוחות באר עגולים מצורף אולטרה נמוך ולאחר מכן מעורבב לתוך bioinks מבוסס אלגינט39,40.
כעת אנו מתארים שיטה חלופית 3D רקמה biomanufacturing בפרוטוקול זה. במקום לזרוע תאים מנותקים ולחכות שתאים אלה ייצרו את המבנים תלת-ממדיים, אנו מתארים כיצד ליצור ולהדפיס ביולוגית ספרואידים של גידולים תלת-ממדיים ברשת צינור כלי דם כדי ליצור מודל תרבות-שיתוף גידולים שניתן להשתמש בו כמעט מיד. ניתן לגדל ספרואידים של גידולים במבחנה או להפיקם מרקמות אנושיות (אורגנואידים). באופן דומה, צינורות כלי דם ניתן לגדל או יכול להיגזר שברים microvascular רקמת שומן. Bioinks יכול לנוע בין אלגינט פעיל ביולוגית כדי Matrigel פעיל מאוד ביולוגית41. מאז מודל זה 3D גידול שיתוף תרבות יכול להיווצר עם מגוון רחב של מבני תאים bioinks, זה יכול לשלב סוגי תאים מרובים, מטריצות חוץ תאיות, ומדרגי כימוקין15,42. בעוד בניסוח הנוכחי שלה, רשתות אנדותל לא ניתן לחדור, איטרציות עתידיות יכול לשלב שיטה זו עם microfluids או על שבב מערכות. הדפסה ביולוגית של ספירואידים אפיתל שד תלת מימדי על רשתות אנדותל מאפשרת ביופבריציה מהירה של מודלים של השד האנושי לבדיקות סמים ורפואה מדויקת מותאמת אישית27.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. צמיחת תאי אפיתל השד ומדיה Assay
2. תרבות תאי אפיתל השד
3. היווצרות ספירואיד אפיתל השד
4. היווצרות רשת תאי אנדותל
5. הדפסה ביולוגית של ספירואידים אפיתל השד על רשתות HUVEC הוקמה מראש
הערה: יש להשתמש במערכת תצהיר ביולוגית עם חרירים כפולים לתהליך ההבריה הביולוגית. במקרה זה, למערכת היו שלוש זרועות תנועה כדי לאפשר שליטה מרחבית בקנה מידה מיקרון של תצהיר חומר, כמו גם שני מנועים מונעי בורג להפקיד bioink מ 10 מזרקים מ"ל. המערכת צריכה להיות פונקציונלית עם מערכת סינון אוויר חלקיקי יעילות גבוהה, כמו גם יכולות עיקור UV כדי לשמור על סביבה סטרילית במהלך ההדפסה הביולוגית. הביופרינט הוא UV מעוקר במשך שעה לפני תהליך ההדפסה.
6. מיקרוסקופיה קונפוקלית
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תאי אפיתל השד צריך להתארגן עצמית לתוך 3D spheroids לאחר 5-8 ימים של תרבות על פתרון מטריצה במדיום תרבות עם 2% פתרון מטריצה. כדורי אפיתל שאינם גידוליים של שד MCF10A צריכים להופיע עגולים ויש להם מרכז חלול, עם אינגרין α6 מקוטב לקצה החיצוני של הספרואיד(איור 1,inset מראה מרכזים חלולים). תאי אפיתל סרטן השד פולשניים מאוד MDA-MB-231 יוצרים ספרואידים לא סדירים. Spheroids יש להשתמש כאשר הם סביב 100 – 300 מיקרומטר קוטר. כאשר ספרואידים הופכים גדולים מדי להגיע בסמיכות, spheroids יתאחדו יחד כדי ליצור מגהספ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול זה הוא הראשון מסוגו להדפסה ביולוגית של ספרואידים בארכיטקטורת תלת-ממד שלהם לתרבות משותפת עם תאי אנדותל גם בארכיטקטורת תלת-ממד שלהם. צעדי פרוטוקול קריטיים כוללים היווצרות ראשונית של ספירואידים אפיתל השד ורשתות HUVEC. יש לנקוט משנה זהירות בהאכלת ספירואידים אפיתל, שכן הם מופרעים בקלות מתמיסת המטריצה. באופן דומה, ספירואידים אפיתל השד חייב להיות מטופלים בזהירות כאשר הם pipetted את הפתרון מטריצה מעורבב לתוך הרשתות. רשתות HUVEC לא צריך להיות מצופה גבוה מדי של צפיפות או עזב במשך יותר מ 16 שעות, כפי שהם יהוו monolayer או ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
מחקר זה מומן על ידי NIH 1R01HL140239-01 ל- AMC. ברצוננו להודות למרכז להדמיית תאים באוניברסיטת דרקסל.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 37° חממת C, 5% CO2 ו-95% לחות | Sanyo | MCO-20AIC | דגירה של תאים |
| מדפסת ביו תלת מימדית | בהתאמה אישית | ללא | משמש להדפסה ביולוגית |
| של שקופיות תא 8 בארות | VWR, Radnor, PA | 53106-306 | לזריעת ספרואידים |
| מחט 25 מד | סיגמה, סנט לואיס, MO | Z192406-100EA | מחט מזרק הדפסה ביולוגית |
| אתנול מוחלט (200 הוכחה) | סיגמאסנט לואיס, MO | E7023-500ML | קונסטרוקציה מחדש של רכיבי מדיה |
| Affinipure F(ab′),2 שברי עז נגד עכבר IgG | Jackson ImmunoResearch, ווסט גרוב, פנסילבניה | 115006020 | בלוק משני - אימונופלואורסצנציה |
| Alexa Fluor 488 (1:200) | Thermo Fisher, Waltham, MA | A-11006 | Seconday נוגדנים-אינסולין בקר אימונופלואורסצנטי |
| סיגמא, סנט לואיס, מיזורי | I-035-0.5ML | MCF10A תוסף מדיה | |
| אלבומין סרום בקר (BSA) | סיגמה, סנט לואיס, MO | A2153-500G | חומר חוסם -אימונופלואורסצנציה |
| פלקון 70 ומיקרו; m מסננת תאים | קורנינג, קורנינג, ניו יורק | 352350 | הסר ספרואידים גדולים או מקובצים |
| CellTracker™ צבע אדום CMTPX | תרמו פישר, וולת'אם, MA | C34552 | צביעה מוקדמת לצינורות HUVEC |
| צנטריפוגה קומפקטית | הרמל- Labnet, אדיסון, NJ | Z206A | לצנטריפוגות תאים |
| כולרה טוקסין | סיגמה, סנט לואיס, MO | C8052-.5MG | MCF10A תוסף מדיה |
| צינורות חרוטיים 15 מ"ל | VWR, Radnor, PA | 62406-200 | איסוף והשעיה מחדש של תאים |
| הרוזנת II-FL מונה תאים | תרמו פישר, וולת'אם, MA | AMQAF1000 | תאי ספירת |
| פיפטות זכוכית (10 מ"ל) | VWR, Radnor, PA | 76184-746 | השעיית תאים |
| DMEM F:12 | תרמו פישר, וולת'אם, MA | 11320033 | MCF10A מדיה בסיסית |
| DMEM 1X | VWR, Radnor, PA | 10-014-CV | MDA-MB-231 מדיה בזאלית |
| אנדותל בזאלי בינוני-2 (EBM-2) | לונזה, דורהאם, NC | CC-3156 | HUVEC מדיה בזאלית |
| מדיום צמיחה אנדותל-2 (EGM-2) | Lonza, Durham, NC | CC-3162 | מלווה בערכת כדורים (המכילה גורמי גדילה) |
| Alexa Fluor™ 488 Phalloidin | Thermo Fisher, Waltham, MA | תיוג MDA-MB-231 ספרואידים | |
| סרום בקר עוברי | Cytiva, Logan, UT | SH30071.03 | תוסף מדיה HUVEC/MDA-MB-231 |
| סרום עיזים | תרמו פישר, וולת'אם, MA | 16210064 | רכיב תיוג אימונופלואורסצנטי |
| גליצין | סיגמה, סנט לואיס, MO | G8898-500G | רכיב חיץ אימונופלואורסצנטי |
| Hoescht 33342 | Thermo Fisher, Waltham, MA | 62249 | כתמי גרעין אימונופלואורסצנטי |
| סרום סוסים | תרמו פישר, וולת'אם, MA | 16050130 | MCF10A תוסף מדיה |
| הידרוקורטיזון | סיגמא, סנט לואיס, MO | H0888-5G | MCF10A תוסף מדיה |
| תאי אנדותל וריד טבורי אנושי (HUVECs) | יישומי תאים, סן דייגו, קליפורניה | 200-05f | קווי תאי אנדותל |
| אינטגרין ואלפא; 6 | Millipore, Billerica, MA | MAB1378 | רכיב תיוג ספרואיד אימונופלואורסצנטי מבחן |
| מת חי | Thermo Fisher, Waltham, MA | L3224 | בדיקת כתם תאים חיים ומתים לכדאיות התא |
| LSM 700 מיקרוסקופ קונפוקלי | Zeiss, Thornwood, NY | משמש להדמיית תאים | |
| מטריג'ל - גורם גדילה מופחת 10 מ"ג/מ"ל | VWR, Radnor, PA | 354230 | ספרואיד היווצרות |
| תאי MCF10A | ATCC | CRL-10317 | קו תאי שד |
| תאי MDA-MB-231 תאי | ATCC | HTB-26 | קו תאי שד |
| Paraformaldehyde | Sigma, סנט לואיס, MO | 158127-500G | קיבוע תאים |
| פניצילין וסטרפטומיצין | תרמו פישר, וולת'אם, MA | 15140122 | MCF10A / MDA-MB-231 / HUVEC תוסף מדיה |
| פוספט חוצץ מלח 1X (PBS) | תרמו פישר, וולת'אם, MA | 7001106 | מאגר שטיפה לתאים לפני טריפסיניזציה |
| מאגר פוספט מלח 10X | תרמו פישר, וולת'אם, MA | AM9625 | רכיב חיץ אימונופלואורסצנטי |
| להאריך זהב אנטי-דהייה | תרמו פישר, וולת'אם, MA | P36934 | מדיום אימונופלואורסצנטי רכובנט |
| גורם גדילה אפידרמלי אנושי רקומביננטי, EGF | פפרוטק, רוקי היל, ניו ג'רזי | AF-100-15 | MCF10A / רכיב מדיית בדיקה |
| נתרן אזיד | סיגמה, סנט לואיס, MO | S2002-25G | רכיב חיץ אימונופלואורסצנטי |
| מזרק סטרילי (10 מ"ל) | VWR, Radnor, PA | 75846-757 | תהליך הדפסה ביולוגית |
| צלחת תרבית רקמות (10 ס"מ) | VWR, Radnor, PA | 25382-166 | תרבית תאים חד שכבתית |
| Triton X-100 | Sigma, סנט לואיס, מיזורי | T8787-250ML | רכיב חיץ אימונופלואורסצנטי |
| טריפן כחול 0.4% | תרמו פישר, וולת'אם, MA | תוסף נגד תאים | |
| 15250061 טריפסין-EDTA 0.05% | תרמו פישר, וולת'אם, MA | ניתוק תאים 25300054 | |
| טווין -20 | תרמו פישר, וולת'אם, MA | 85113 | רכיב חיץ אימונופלואורסצנטי |
| גורם גדילה אנדותל כלי דם (VEGF165) | Peprotech, Rocky Hill, NJ | 100-20 | תוסף צינור HUVEC |
| Volocity 6.3 תוכנת הדמיית תאים | PerkinElmer, Hopkinton, MA | Z מדחס מחסנית |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.