マイクロパターンマクロスケール3D細胞構造のためのモジュラーヒドロゲルシートの構築

サマリー

私たちは、マイクロパターン化されたハイドロゲルシートの簡単なプロセスでの製造について説明しています。これは、自立した形で組み立てて操作することができます。これらのモジュール式ハイドロゲルシートを使用すると、制御された細胞微小環境でシンプルなマクロスケールの3D細胞培養システムを生成できます。

要約

ヒドロゲルは 、インビボ様の三次元（3D）組織形状を提供するために、マイクロ流体や微細化技術を使用してマイクロスケールでパターン化することができます。結果の3Dハイドロゲルベースの​​細胞構築物は、高度な生物学的研究、薬理学的アッセイおよび臓器移植アプリケーションのための動物実験の代替として導入されています。ヒドロゲルをベースとする粒子および繊維は、容易に製造することができるが、組織の再構築のためにそれらを操作することは困難です。この動画では、制御された細胞の微小環境とマクロスケール3D細胞培養系を形成するために、それらのアセンブリと共に、微細アルギネートヒドロゲルシートの製造方法を説明します。 200μmで、かつ正確な微細パターンを有する - カルシウムゲル化剤のミストの形を用いて、薄いハイドロゲルシートは容易に100の範囲の厚さで生成されます。次いで、細胞をヒドロゲルシートの幾何学的な指導を培養することができます自立型条件。また、ヒドロゲルシートは、容易にエンドカットチップでマイクロピペットを使用して操作することができ、パターン化ポリジメチルシロキサン（PDMS）フレームを使用してそれらを積層した多層構造に組み立てることができます。容易なプロセスを用いて製造することができ、これらのモジュラーヒドロゲルシートは、ミクロおよびマクロ構造および組織再構築の機能試験を含むインビトロ薬物アッセイおよび生物学的研究の潜在的な用途を有します。

概要

ヒドロゲルは、特に、生体材料を約束しており、基本的な生物学、薬理学的ア ​​ッセイおよび医学において重要であることが期待される。ヒドロゲル系の細胞構築物の¹ Biofabrication動物実験の使用を低減するために提案されている^、2,3移植組織^4を交換し、改善細胞ベースのアッセイ^。5,6-含水（ハイドロ）粘弾性物質（ゲル）は、多数のセルが3D細胞の微小環境を制御するために、骨格構造中にカプセル化され、維持されることを可能にします。微小流体または微細技術のガイダンスと組み合わせて、ヒドロゲル構築物の形状は正確に細胞のスケールで制御することができます。現在までに、粒子^{、7を含む}ヒドロゲルの様々な形状、 ^{- 9}繊維^{、10から12}とシートは^{、13から15 は、}ボトムアップアプロに構築単位として使用されていますマクロスケール多細胞アーキテクチャの製作に痛みます。

ヒドロゲルをベースとする粒子および繊維の両方は、マイクロ流体デバイスを用いて流体を制御して、マイクロスケール細胞環境のような用途のために容易にかつ迅速に製造されています。しかし、操作された組織の基本単位として、それはそれら....

プロトコル

マイクロパターン金型及びヒドロゲルの作製

1. PDMSモールドを鋳造するための標準的な2段階のフォトリソグラフィ技術^15,17を介して、シリコンウェハの表面上のSU-8フォトレジストを用いて所望のマイクロスケールのパターンを生成します。示された例は、肝小葉様メッシュパターン（ 図1）を使用します 。
2. 1の比でPDMSと硬化剤溶液を秤量：5（ すなわち 、PDMS 12.5gのと硬化剤2.5 g）を得ました。
3. 完全に溶液の15グラムを混合し、真空チャンバ内に気泡を脱ガスし、次に均一にフォイル鋳造皿内のシリコンウェーハのマイクロパターン化表面上に混合溶液を広げます。
4. PDMSを硬化させるために、平らな面に90分間65℃で加熱したプレート上にシリコンウェーハを配置します。
5. 鋳造皿やシリコンウエハから硬化PDMSを削除します。
6. PDMSの端をカットし、100 mmの直径のペトリ皿の上に置きますマイクロパターンサイドアップ。
7. 主な滅菌のために70％エタノールと蒸留水を用いてシャーレに微細化硬化PDMSを洗ってください。その後、65℃のオーブンで10分間完全に乾燥します。
8. コー​​ティング溶液（w / v）の3％を作成し、蒸留水100ml中で粉末化非イオン性界面活性剤のO / N 3グラムを溶解し、混合します。
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結果

我々は、製造や携帯ヒドロゲルシートを自立の操作を説明しています。 図1に示すように 、我々は、マイクロパターンPDMS金型を製作し、細胞を含むヒドロゲルは、ゲル化剤のエアロゾル化ミストを生成するための加湿器を使用して、これらの型の親水性表面上にロードされ、架橋されました。金型からの放出後に、HepG2細胞を様々なパターン（ 図2）でヒドロゲルシートを自立で培養しました。したがって、薄いヒドロゲルシートは、3D培養環境を提供しました。さらに、モジュラーヒドロゲルシートは、3Dマクロスケールの細胞培養（ 図3）を可能にする、末端切断先端を有するマイクロピペットを用いて、PDMSのフレームを使用してシートを積層して組み立てることができます。

ディスカッション

このプロトコルは、モジュラーヒドロゲルシートを作製し、3次元細胞の足場を形成するためにそれらを組み立てる単純な方法を提供します。

短時間で明確なパターン化アルギン酸塩構造を構築するために、我々は金型から複雑な微細パターンを維持するだけでなく、細胞の生存率および代謝を維持するのに十分な剛性構造を作成することができ、架橋プロセスを特定する必要があります。私たちは、霧状で加湿器を使用して、架橋試薬を噴霧するために、ゾル - ゲル転移を含む、架橋プロセスを開発しました。代謝物および栄養素の高い拡散透過性を有する - （200〜100μm程度）、この架橋プロセスがなければ、マイクロスケールのパターンが限られた拡散深さで構築薄いヒドロゲルの形態で生成することができませんでした。 60分^{、18 -} - ²⁰架橋TIまた、30を必要とする既存の拡散ベースの方法と比較（ - 5分3）私は比較的短かったです。

さらに、それはまた、唯一の液体培地中で機械的に安定した薄膜ヒドロゲルシ.......

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
シルガード184シリコーンエラストマーキット	ダウコーニングコーポレーション	000000000001064291
プルロニックF-127	グマアルドリッチ	P2443	粉末非イオン性界面活性剤
アルギン酸ナトリウム塩、低粘度	Alfa Aesar	B25266
塩化カルシウム二水和物	Sigma-Aldrich	C7902
超音波加湿器	MediHeim	MH-2800	改造装置、最大噴霧速度:250 ml / hr
ナイロンネットフィルター親水性、180 μm	EMDミリポア	NY8H04700
ポリカーボネート金型			PDMSフレームパターンの製造用にカスタマイズされた金型

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