Waiting
로그인 처리 중...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Bioengineering

Em camadas de alginato Constrói: Uma Plataforma para Co-cultura de populações de células heterogéneas

Published: August 7, 2016 doi: 10.3791/54380

Introduction

tecidos que suportam cargas de compressão, tais como a cartilagem articular ou discos intervertebrais consistem em regiões de tecidos heterogéneos que são críticas para a função tanto biomecânico e mecano-transdução adequada no tecido. Não só é a organização celular e a função distinta em diferentes regiões, mas as matrizes extracelulares (ECM) são também variou em composição e organização. Por exemplo, a cartilagem articular é constituído por três zonas primárias com morfologia, variando de células, função mecânica, e ECM. As diferenças na sua vantagem ECM para diferencial responsabilidades suporte de carga; a camada superficial está envolvida principalmente em resposta à tração para carregar, enquanto as zonas média e profunda são principalmente responsáveis ​​pela resposta à compressão 1. Da mesma forma, no disco intervertebral, um núcleo pulposo do tipo gel é rodeado por um anel fibrose lamelar e as células dentro dessas duas áreas distintas experimentar diferentes tipos de estímulos biofísicos2. Nestes tipos de tecidos, células e as matrizes extracelulares no interior das camadas de tecido interagir uns com os outros como o tecido sofre e responde a forças mecânicas.

Recapitulação de tais estruturas de tecidos heterogêneos continua a ser um desafio em engenharia de tecidos e medicina regenerativa, e nossa compreensão de seu significado biológico é limitado. Existe uma necessidade para a cultura de plataformas para analisar tecidos estratificados, bem como co-culturas de diferentes populações de células dentro de uma construção. Na engenharia de tecidos de cartilagem articular, construções de andaime-menos camadas foram construídos através do aproveitamento da capacidade dos condrócitos zonal para depositar ECM variou para imitar as diferentes camadas desse tecido 3,4. No entanto, as construções de hidrogel em camadas proporcionam uma oportunidade para estudar a interacção de diversos tipos de populações de células que não possuem a capacidade para formar um tecido robusto independentemente. Por exemplo, pop diferenteulations de células estaminais mesenquimais podem ser co-cultivadas dentro de construções em camadas. Tais andaimes em camadas têm sido utilizados com ambas condrócitos e diferenciação de células-tronco mesenquimais para melhorar a engenharia de tecidos 5. Não só pode ser co-cultivadas em populações de células diferentes camadas de hidrogel semelhantes, mas um único tipo de células também podem ser cultivadas dentro de camadas que foram manipuladas para ter diferentes rigidez ou conteúdo bioquímico para desencadear respostas diferentes a partir de células de 6,7.

Muitos hidrogeles biomaterial diferentes têm sido utilizados para a camada de populações de células para engenharia de tecidos de cartilagem, tais como aqueles utilizando polietileno-glicol ou álcool polivinílico bases 7-9. No entanto, os hidrogéis de alginato são um dos biomateriais mais simples do que para criar andaimes em camadas para o estudo de populações de células heterogéneas em co-cultura. Embora os hidrogéis de agarose são também facilmente formado, hidrogéis de alginato tem a vantagem adicional de permitir fácil éolation de células a partir da construção 3-D para a análise de células individuais como foi anteriormente descrito 10. Em estudos anteriores, os hidrogéis de alginato bi-camadas foram formadas em folhas finas e a partir destas folhas, secções foram cortados (por exemplo., Utilizando um punção de biópsia) para aplicações particulares, tais como por análise de conteúdo bioquímica ou propriedades de cisalhamento interfacial 11,12. Outro método para a formação de folhas finas de alginato tem sido descrita com o potencial para a estratificação em camadas múltiplas, mas mesmo assim iria requerer uma alteração ao hidrogel para utilização em testes mecânicos 13.

Aqui, apresentamos um método para criar reproducibly discos de hidrogel de alginato bi-camadas para uso em co-cultura de diferentes populações de células. Esta plataforma disco de alginato possui várias vantagens. Em primeiro lugar, a forma reprodutível e tamanho pequeno é propício para a estimulação mecânica das células incorporados sem a necessidade de uma biópsia PUNCH ​​ou outra alteração física para o hidrogel para muitas aplicações. Além disso, a viabilidade das células permanece elevada durante o processo de separação e, após formação de gel uma clara separação das duas populações de células dentro do gel é visível sem região de sobreposição inicial.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Preparação para a Formação de alginato de Discos

  1. Prepara-se uma 4% (w / v) em solução de alginato de 1x Solução Salina Tamponada com Fosfato de Dulbecco sem cloreto de cálcio adicionado ou cloreto de magnésio e colocar num banho de água a 37 ° C. As concentrações da solução de alginato pode variar, mas 1-4% (w / v) de soluções de alginato são recomendados.
  2. Misturar a solução de alginato a uma razão de 1: 1 com a base de meios de cultura de célula quente (por exemplo, Modified Eagle Médium da Dulbecco.) Para o tipo de célula desejado. A concentração de alginato é agora metade da concentração original, isto é., 2% (w / v). Esterilizar solução de alginato / mídia usando filtros de seringa de nylon de 0,2 um estéreis.
  3. Preparar um banho de cloreto de cálcio di-hidratado 102 mM estéril em água estéril com solução suficiente para submergir moldes (~ 200 - 300 ml).
  4. Recolher o estéril "molde de formação de gel" (diâmetro x 3 mm poços cilíndricos de altura de 6 mm em um 3 in x 3 em chapa de alumínio, consulte
  5. Cortar papel grosso filtro (filtro de papel mata-borrão) ea membrana microsieve celular (10 de tamanho de poro) para os tamanhos de parte superior e placas terminais inferiores e colocá-los no banho de cloreto de cálcio até à saturação, a cerca de 1 min. Se desejado, esterilizar o papel de filtro grosso e a membrana microsieve através de autoclave ou luz ultravioleta durante 30 min antes da utilização.
  6. Defina-se a metade (metade inferior) da construção de moldes.
    1. Colocar os seguintes itens cima da outra na seguinte ordem e suavizar usando uma espátula estéril: grande placa terminal (3 em x 3 pol), papel de filtro de espessura, e, em seguida, a membrana microsieve.
    2. Invertido e pressionar o molde para uma pilha de toalhas de papel para assegurar a perda de excesso de solução de cloreto de cálcio.
    3. Coloque a "gel de molde de formação", com os poços cilíndricos no topo do cell membrana microsieve e suavemente aperte o molde juntos em dois lados usando grampos da pasta nos lados direito e esquerdo. Certifique-se de deixar espaço suficiente para a parte superior da placa terminal (1,5 in x 3 in) para cobrir os poços completamente mais tarde.
  7. Defina-se a segunda metade (metade superior) da construção de moldes.
    1. Coloque os seguintes itens em cima de um ao outro na seguinte ordem e suavizar: pequena placa terminal, papel de filtro grosso, membrana microsieve.
    2. Invertido e pressiona esta metade do molde sobre uma pilha de toalhas de papel para assegurar a perda de excesso de solução de cloreto de cálcio. Não fixe nesta parte do molde utilizando grampos da pasta no momento.
  • células de cultura, tal como recomendado por instruções do fabricante. Colheita das células desejadas para incorporar nos hidrogéis de alginato em camadas. A densidade celular recomendada é de 1 - 2 x 10 6 células / ml, mas isto pode ser variado dependendo experiências desejadas.
    Nota: Ao usar este métodopara fazer camadas com diferentes tipos de células, certifique-se de cultura dois tipos de células em paralelo para mergulhar. As células estaminais mesenquimais (MSCs) semeadas a uma densidade celular de 1 x 10 6 células / ml será utilizado como um exemplo para o seguinte protocolo. O número de células e o número de disco pode ser dimensionado para as experiências conforme necessário.
    1. Uma a duas semanas antes da incorporação, as células estaminais mesenquimais semente a uma densidade celular de 3000 - 5000 células / cm2 em 10 mL de meio de crescimento basal (Dulbecco Modified Eagle Médium, 10% de Soro Fetal Bovino, 2% de L-Glutamina, 1 % Aminoácidos não essenciais, 1% de penicilina / estreptomicina) em frascos T-75.
    2. Remova a mídia passou a cada 2 - 3 dias, e substituir com 10 ml de meio de crescimento basal até que as células são 80 - 90% confluentes.
    3. Para colher as células, remova meio gasto e pipeta de 3 ml de 1x Dulbecco salina de tampão fosfato sem cloreto de cálcio adicionado ou cloreto de magnésio para lavar as células. Remover esta solução, pipeta 3 ml de 0,25% Trypsin-EDTA sobre as células que crescem em frascos T-75, e incubar durante 5 min a 37 ° C. Após as células têm levantado da superfície aderente, adicionar 6 - 9 ml de meio de crescimento basais.
    4. MSCs centrifugue-as a 600 xg durante 5 min à temperatura ambiente, aspirar o sobrenadante e re-suspensão em 1-5 ml de meio de crescimento basais. Contar as células usando um hemocitômetro utilizando as instruções do dispositivo.
    5. Retirar 1 x 10 6 células da resuspensão de células totais, de centrifugação utilizando as mesmas condições, e aspirar o sobrenadante.
  • 2. Formação de celulares Seeded alginato Discs

    1. Re-suspender o sedimento de células com 1 ml de solução de alginato / meios estéreis para atingir uma densidade celular de 1 x 10 6 células / ml. A mistura de células-alginato será homogeneamente um aspecto turvo, quando as células são misturadas de forma adequada.
    2. Pipete 130 pi da mistura de células-alginato em poços seis altos 6 mm de diâmetro x 3 mm na metade inferior do moldeconstruir gota a gota, de modo a não criar quaisquer bolhas. Um ligeiro menisco convexo deve ser visível acima do bordo de cada poço.
    3. Cuidadosamente suavizar a metade superior da construção do molde usando uma espátula estéril e entregá-lo, de modo que a membrana da célula é microsieve na parte superior dos poços. Coloque o molde na construção de topo dos poços, tendo o cuidado de cobrir os poços que contêm células e a mistura de alginato completamente.
    4. Levante a construção do molde carregado e, enquanto pressiona firmemente no centro, Mola os restantes dois lados (superior e inferior) para prender as metades superior e inferior da construção do molde. As soluções de células-alginato deve ser firmemente situado nos poços neste momento.
    5. Mergulha-se o construto de molde fixada no banho de cloreto de cálcio 102 mM, certificando-se que toda a construção é submerso. Incubar na capa de cultura de células à temperatura ambiente durante 90 min.
    6. No final dos 90 minutos, remover a construção do molde a partir do cloreto de cálcio 102 mMbanho e coloque em uma pilha de toalhas de papel na capa de cultura de células. Remove todos os quatro grampos da pasta e separar as duas metades do molde de construção. Hidrogéis formados nos poços não deve ter quaisquer bolhas e deve encher os poços completamente.
    7. Com uma espátula, rastrear cuidadosamente o bordo dos poços contendo os hidrogéis para soltar cuidadosamente e cunha os hidrogeles. Depois de retirar os hidrogeles a partir da construção de moldes, soltar os hidrogéis directamente para um banho de 1x Solução Salina Tamponada com Fosfato de Dulbecco, com o cloreto de cálcio e cloreto de magnésio. Cobrir os geles completamente para lavar o excesso de solução de cloreto de cálcio para 1-5 min.
    8. Transferir os hidrogeles em solução basal meio de crescimento em prato desejado (por ex., Placas de 6 cavidades) que cobre completamente os hidrogeles. Incuba-se durante pelo menos 1 hora na incubadora de cultura de células a 37 ° C e 5% de CO 2 antes de continuar para o passo de estratificação.
      Nota: Os hidrogeles que contêm as células podem ser mantidas ema incubadora de cultura de células indefinidamente neste momento até camadas de géis com uma outra população celular é desejada, desde que mudanças de suporte são concluídos a cada 2 - 3 dias.

    3. Camadas de alginato de Discos

    1. Durante a última meia hora da incubação de 1 hora, recolher e preparar moldes e solução estéril para o recozimento os géis.
      1. Prepara-se o "molde de corte" pela fixação de um molde que tem cavidades de metade da altura do "molde de formação de gel" (6 mm de diâmetro x 1,5 mm de poços altos em um 3 em x 3 na placa de alumínio) a uma placa terminal (3 em x 3 em chapa de alumínio) usando grampos da pasta nos lados direito e esquerdo.
      2. Preparar o "molde de recozimento", fixando um molde que é de 3 mm de diâmetro maior do que o "molde de formação de gel" (9 mm de diâmetro x 3 mm poços altos em um 3 in x 3 em chapa de alumínio) a uma placa terminal (3 in x 3 em chapa de alumínio) usando grampos da pasta nos lados direito e esquerdo.
      3. Prepara-se uma solução decitrato de sódio 100 mM / EDTA 30 mM (di-hidrato de citrato de sódio, di-hidrato de sal tetrassódico etilenodiaminotetra-acético ácido) em água estéril.
    2. Remover géis de populações de células desejadas (neste exemplo, dois discos com hMSCs) dos meios de comunicação no prato e colocar nos poços "corte do molde". Cada gel deve caber confortavelmente nas cavidades com metade do gel salientes acima do molde.
    3. Utilizando um bisturi, cortar o gel ao longo da superfície do molde (isto reduzirá o hidrogel em meio). Virar a metade superior do gel e colocá-lo em um poço de molde aberto. A metade do gel também deve caber dentro do molde bem, mas agora ambos os géis metade deve ser a altura do molde, com a superfície interior cortado visível. Repita com o segundo gel.
      Nota: Atenção: Só as superfícies de corte interiores irá formar discos em camadas. Usando as superfícies exteriores resultará na separação metades. Suspeita-se que a textura da membrana microsieve transferida para a superfície do gel de evitarO sucesso do processo de recozimento.
    4. Coloque um pedaço de membrana celular microsieve seco no topo das cavidades, certificando-se que a membrana microsieve está em contacto com todas as metades de gel a ser recozido e cobrindo-as totalmente. Coloque papel de filtro grossa no topo da membrana microsieve, certificando-se de cobrir completamente os géis.
    5. Pipetar uma solução de citrato de sódio 100 mM / EDTA 30 mM (di-hidrato de citrato de sódio, di-hidrato de sal tetrassódico etilenodiaminotetraacético ácido) para o papel de filtro de espessura até que seja saturado. Cerca de 750 ul é suficiente para quatro poços.
    6. Incubar os géis durante 1 min à temperatura ambiente. Em seguida, retire a membrana microsieve celular e papel de filtro grosso e descartá-las. Remova os grampos da pasta e abrir o molde.
    7. Para cada gel recozido, transferir um citrato de sódio half / tratado com EDTA do hidrogel ao preparado "molde de recozimento", com superfície de corte virada para cima. Isto será um meio de const recozidoruct.
    8. Usando uma espátula, levantar e colocar a / half-gel tratado com EDTA citrato de segunda sódio (pode conter um tipo de célula diferente) sobre o gel já no "molde de recozimento", lançando nesta segunda meia-gel para que a superfície de corte está em contacto com a superfície do corte do gel já no "molde de recozimento".
    9. Pressione com cuidado os dois géis usando uma espátula para remover quaisquer bolhas de entre os dois géis. Além disso, reposicionar os géis, conforme necessário para garantir que eles estão directamente em cima uns dos outros.
    10. Levante cuidadosamente o "molde de recozimento" e submergi-lo no banho de cloreto de cálcio 102 mM durante 30 minutos. Não cubra os poços com uma placa terminal.
    11. Após a incubação de 30 minutos, retire o "molde de recozimento" e colocá-lo para toalhas de papel. Remova os grampos da pasta e separar o molde da placa terminal.
    12. Com uma espátula, recolher os géis recozidos e colocá-los em uma de 1x Solução Salina Tamponada com Fosfato de Dulbecco, com o cloreto de cálcio e mbanho de cloreto de agnesium para lavar os géis. Subsequentemente, transferir hidrogéis recozidos a meios de cultura de células em um prato desejado (por ex., Placa de 6 poços) durante a cultura.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Representative Results

    A Figura 1 descreve a formação e estratificação dos hidrogéis de alginato. Completado géis bi-camadas exibem uma separação inicial completa de populações de células, como mostrado na Figura 2. A viabilidade celular das células estaminais mesenquimais humanas) incorporado dentro desses hidrogeles e camadas continua a ser elevada e comparável com os hidrogeles a granel, como mostrado na Figura 3. A viabilidade foi avaliada após o recozimento, cortando os géis verticalmente para acessar o centro e, em seguida, coloração das células vivas nos géis recozidos com um rastreador de células vivas, CMFDA (verde) e as células mortas (vermelho) com Ethidium homodímero-1 utilizando as instruções do fabricante. Confocal Z-pilhas foram tomadas da superfície de corte utilizando um microscópio de fluorescência de aproximadamente 100 ^ M para o gel. Estas imagens foram projetadas em uma imagem 2D. células vivas e mortas foram então quantificados utilizando o recurso de analisador de partículas no software ImageJ.

    classe = "jove_content" FO: manter-together.within-page = "1"> Quisemos verificar que estes hidrogeles em camadas, as células falta, seria capaz de suportar a compressão cíclico, semelhante à necessária para induzir uma resposta condrogénica. Descobrimos que os hidrogéis que permanecem intactos depois de sete dias em cultura e subsequente compressão cíclico não-confinado durante 4 horas a 1 Hz 0-10% de deformação. No entanto, depois de se isolar o pico de tensão de cada ciclo e analisando as tendências durante a estimulação de quatro horas, as tendências indicam que os hidrogeles em camadas têm uma resposta diferente à compressão cíclico em comparação com a maior parte, não-camadas, hidrogéis. Compressão cíclica mais de quatro horas resultou em significativamente diferentes (p = 0,03) tendências pico de estresse entre géis em camadas e não em camadas (Figura 4). As estatísticas foram cumpridas por meio de teste T-Student (alfa = 0,05).

    jpg "/>
    Figura 1:. Esquemático de formação em camadas Hidrogel A. Imagem do molde empilhadas para a adição de 2% de alginato + mistura de células com uma representação da ordem de empilhamento para as metades do molde de fundo e de topo. B. Esquema procedimento que descreve para camadas do gel. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

    Figura 2
    Figura 2:. Separação Representante de populações de células numa linha celular Layered Hidrogel Modelo células 293FT HEK foram quer corados com rastreador de células vivas CMFDA (verde) ou CMTPX (vermelho). Cada um destes grupos de células foram embebidos em 2% (w / v) de alginato de discos, e, em seguida, as metades de estes discos foram mergulhados em conjunto. Um pedaço foi cortado do lado da CMTPX para identificá-lo durante o exame. Barra de escala = 100 & #181;. M Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

    Figura 3
    Figura 3:. Viabilidade alta celular dentro de camadas de hidrogel após Camadas processo está completo células-tronco mesenquimais humanas incorporadas em hidrogéis a granel e bi-camadas foram coradas com células vivas (verde) rastreador CMFDA e células mortas (vermelho) foram coradas com Ethidium homodímero-1 . Viabilidade manteve-se elevada para ambos os grupos de hidrogel após o processo de estratificação. Barra de escala = 100 mm. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

    Figura 4
    Figur. E 4: Trends significativamente diferente de camadas de hidrogel cíclico de compressão de Resposta para cíclico de compressão hidrogéis foram incubadas numa incubadora de cultura de células durante sete dias e, subsequentemente, submetidas a 0 - 10% de compressão cíclico não-confinado durante quatro horas a 1 Hz. as tensões de pico (± SEM) para cada ciclo foram isolados e as tendências ao longo do período de carregamento analisados. Tendências sob compressão cíclica unconfined 0-10% de deformação de camadas (n = 9) e volume (n = 8) géis são significativamente diferentes (p = 0,03). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Discussion

    Aqui, nós descrevemos um protocolo para a formação de discos de hidrogel de alginato em camadas para estudar a co-culturas de várias populações de células, tais como aqueles em tecidos fisiologicamente em camadas, por exemplo, cartilagem. estruturas em camadas, tal como a plataforma de cultura descrito, pode ser usado para examinar a interacção entre as duas populações de células distintas sujeitos ao mesmo ambiente de cultura ou sob carga.

    O alginato é um polissacarídeo linear aniónico que foi encontrado para ser biocompatível e tem sido utilizado com sucesso para a biologia e a engenharia de tecidos da cartilagem pesquisa 12,14. Hidrogeles de alginato são formadas utilizando catiões divalentes para a ligação cruzada, por exemplo., Os iões de cálcio. Estas ligações cruzadas pode ser desfeita, removendo os catiões utilizando um quelante, tal como citrato de sódio ou EDTA, e este processo tem sido usado previamente para isolar condrócitos que foram cultivadas nos géis 3,4,12. Da mesma forma, o mesmo princípioTambém tem sido aplicado com sucesso por aderir folhas de alginato em camadas duplas ou mesmo grupos de contas de alginato juntos 11,12,15. A plataforma descrito aqui baseia-se este mesmo processo, mas é usado para formar pequenas hidrogeles em camadas em forma de disco. Este é um processo de duas etapas em que em primeiro lugar, discos de alginato são formadas utilizando moldes submersos num banho rica em cálcio. Estes são, em seguida, cortada ao meio e tratou-se com uma solução de quelante de cálcio para libertar localmente os iões de cálcio a partir do alginato de ligação cruzada. Ao colocar estas superfícies tratadas em conjunto e re-imergindo os discos em uma solução rica em cálcio, as reticulações são reformados, fazendo construções bi-camadas. Estas pequenas géis em camadas eliminar a necessidade de punções para gerar amostras fáceis de cultura compatíveis com os ensaios e experiências tais como ensaios mecânicos, como mostrado na Figura 4, minimizando assim a perda de células muitas vezes preciosos, bem como materiais de fabricação.

    Como mostrado emA Figura 3, este processo de formação de camadas e os hidrogéis resultou em viabilidade igualmente elevado como o controlo ou a granel hidrogéis indicando que este procedimento não é excessivamente tributar para a população de células, apesar de o comprimento e a ausência de nutrientes reabastecimento. A falta de uma região de sobreposição inicial no gel permite a separação física durante a co-cultura inicial e a capacidade de observar alterações para que a interface ao longo do tempo. Estudos têm demonstrado que ao longo de períodos longos de cultura esta interface pode perder devido à definição cruzada infiltração celular e a deposição de matriz extracelular 11. Enquanto o disco em camadas inicial não conter quaisquer moléculas de adesão, como a matriz extracelular é depositado, há também um potencial para investigar a fusão de populações de células e alterar a interface entre as camadas.

    Estes discos bi-camadas pode ser facilmente utilizado para a estimulação de compressão dinâmica. Fomos capazes de confirmar que these hidrogeles suportar a compressão dinâmica, sem separação das metades. No entanto, durante este processo, a carga de pico exibida pelos hidrogeles em camadas durante a compressão cíclico de quatro horas foram consideradas significativamente diferentes dos não-camadas, em massa, hidrogéis. Este resultado sugere complexo, transferência de estirpe não-linear entre as camadas e revelam a necessidade de um gel de controlo fisicamente em camadas, por ex., Hidrogel bi-camadas com a mesma população de células / condição em cada camada, um pormenor importante notar ao planear a delineamento experimental para estudos envolvendo carga mecânica. Melhor compreensão das diferenças observadas poderia ser alcançado através de modelagem computacional de mecânica espaciais dentro desses géis. Não só se tais análises ajudar a esclarecer a distribuição e transferência de tensão entre as camadas, mas seria também instrumental para interpretar o comportamento celular nestes géis em camadas, especialmente com camadas de diferentes características mecânicas.

    Este wa plataforma de culturas desenvolvido para aplicações de pesquisa para investigar as relações entre diferentes populações de células em cultura 3D. Assim, é limitada pela sua falta de escalabilidade para aplicações clínicas. Métodos alternativos para a criação de hidrogéis em camadas, como a impressão em 3D, pode vir a ser mais clinicamente relevante devido aos avanços de escalabilidade futuros antecipados, o controle sobre microestrutura no interior do disco, e personalização de características geométricas macroescala. Para aplicações de pesquisa, como apresentado aqui, os discos de alginato não fornecem independentemente porções de adesão para as células, o que pode limitar a sua aplicação a outros tipos de células. A alternativa comparável ao alginato quando considerando a facilidade de utilização é de agarose, que sofre de limitações similares. Além disso, requer o uso de enzimas para libertar as células para análise a jusante, enquanto que as reticulações de alginato pode ser removido com segurança a utilização de agentes quelantes de cálcio. Principalmente, esta plataforma de cultura vai ajudar com a melhoria da understanding de relações entre as populações de células em hidrogéis e potencialmente os efeitos de estimulação mecânica destas co-culturas. Este entendimento vai, em seguida, informar o desenvolvimento de terapias para tecidos heterogêneos, especialmente carregar tecidos que ostentam tais como cartilagem articular ou discos intervertebrais.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Materials

    Name Company Catalog Number Comments
    Alginic Acid sodium salt Sigma Aldrich A1112 Solution made in wt% using DPBS (-/-)
    1x Dulbecco's Phosphate Buffered Saline (-/-) Gibco Life Technologies  14190
    1x Dulbecco's Phosphate Buffered Saline (+/+) Gibco Life Technologies  14190
    Dulbecco's Modified Eagle Medium Gibco Life Technologies  11965 Example. Use desired medium type
    Syringe Filters (0.02 μm Nylon) FisherBrand 0979C
    Calcium Chloride Dihydrate Fisher Bioreagents BP510 Prepare solution in sterile water
    Criterion Blotter Filter Paper Biorad 1704085 Cut to size of endplates for mold formation
    Cell Microsieve Membrane (10 μm pore size) Biodesign Inc of New York N10R Cut to size of endplates for mold formation
    Sodium citrate dihydrate FisherScience S93364
    Ethylenediaminetetraacetic acid tetrasodium salt dihydrate (EDTA) FisherBioreagent BP121
    Fetal Bovine Serum  Gibco Life Technologies  26140 Used in example mesenchymal stem cell basal growth media
    Penicilin/Streptomycin (10,000 U/ml) Gibco Life Technologies  15140 Used in example mesenchymal stem cell basal growth media
    L-Glutamine (200 mM) Gibco Life Technologies  25030081 Used in example mesenchymal stem cell basal growth media
    Non-essential Amino Acids (100x) Gibco Life Technologies  11140050 Used in example mesenchymal stem cell basal growth media

    DOWNLOAD MATERIALS LIST

    References

    1. Sophia Fox, A. J., Bedi, A., Rodeo, S. A. The Basic Science of Articular Cartilage. Sports Health. 1 (6), 461-468 (2009).
    2. Neidlinger-Wilke, C., et al. Mechanical loading of the intervertebral disc: from the macroscopic to the cellular level. Eur. Spine J. 23 (3), 333-343 (2013).
    3. Klein, T. J., et al. Tissue engineering of stratified articular cartilage from chondrocyte subpopulations. Osteoarth. Cartilage. 11 (8), 595-602 (2003).
    4. Han, E., et al. Scaffold-free Grafts for Articular Cartilage Defects. Clin. Orthop. Relat. R. 466 (8), 1912-1920 (2008).
    5. Ng, K. W., Ateshian, G. A., Hung, C. T. Zonal chondrocytes seeded in a layered agarose hydrogel create engineered cartilage with depth-dependent cellular and mechanical inhomogeneity. Tissue Eng. A. 15 (9), 2315-2324 (2009).
    6. Ng, K. W., et al. A layered agarose approach to fabricate depth-dependent inhomogeneity in chondrocyte-seeded constructs. J. Orthop. Res. 23 (1), 134-141 (2005).
    7. Nguyen, L. H., Kudva, A. K., Saxena, N. S., Roy, K. Engineering articular cartilage with spatially-varying matrix composition and mechanical properties from a single stem cell population using a multi-layered hydrogel. Biomaterials. 32 (29), 6946-6952 (2011).
    8. Leone, G., et al. Continuous multilayered composite hydrogel as osteochondral substitute. J. Biomed. Mater. Res. A. 103 (8), 2521-2530 (2015).
    9. Lai, J. H., Kajiyama, G., Smith, R. L., Maloney, W., Yang, F. Stem cells catalyze cartilage formation by neonatal articular chondrocytes in 3D biomimetic hydrogels. Sci. Rep. 3, (2013).
    10. Vigfúsdòttir, ÁT., Pasrija, C., Thakore, P. I., Schmidt, R. B., Hsieh, A. H. Role of Pericellular Matrix in Mesenchymal Stem Cell Deformation during Chondrogenic Differentiation. Cell. Mol. Bioeng. 3 (4), 387-397 (2010).
    11. Lee, C. S. D., Gleghorn, J. P., Won Choi, N., Cabodi, M., Stroock, A. D., Bonassar, L. J. Integration of layered chondrocyte-seeded alginate hydrogel scaffolds. Biomaterials. 28 (19), 2987-2993 (2007).
    12. Gleghorn, J. P., Lee, C. S. D., Cabodi, M., Stroock, A. D., Bonassar, L. J. Adhesive properties of laminated alginate gels for tissue engineering of layered structures. J. Biomed. Mater. Res. A. 85 (3), 611-618 (2008).
    13. Gharravi, A. M., Orazizadeh, M., Ansari-Asl, K., Banoni, S., Izadi, S., Hashemitabar, M. Design and Fabrication of Anatomical Bioreactor Systems Containing Alginate Scaffolds for Cartilage Tissue Engineering. Avicenna J. Med. Biotechnol. 4 (2), 65-74 (2012).
    14. Xu, J., et al. Chondrogenic Differentiation of Human Mesenchymal Stem Cells in Three-Dimensional Alginate Gels. Tissue Eng. A. 14 (5), 667-680 (2008).
    15. Yeatts, A. B., Gordon, C. N., Fisher, J. P. Formation of an aggregated alginate construct in a tubular perfusion system. Tissue Eng. C, Methods. 17 (12), 1171-1178 (2011).

    Tags

    Bioengenharia Edição 114 alginato construções bi-camadas andaime em forma de disco camadas de tecido heterogêneos estruturas celulares-semeado hidrogéis
    Em camadas de alginato Constrói: Uma Plataforma para Co-cultura de populações de células heterogéneas
    Play Video
    PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

    Cite this Article

    Sharma, P., Twomey, J. D., Patkin,More

    Sharma, P., Twomey, J. D., Patkin, M., Hsieh, A. H. Layered Alginate Constructs: A Platform for Co-culture of Heterogeneous Cell Populations. J. Vis. Exp. (114), e54380, doi:10.3791/54380 (2016).

    Less
    Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
    View Video

    Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

    Waiting X
    Simple Hit Counter