미세 유체 플랫폼 내에서 3D 조직 된 인간 심장 조직 개발

Jaimeson Veldhuizen; Mehdi Nikkhah

doi:10.3791/62539

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방법 논문

미세 유체 플랫폼 내에서 3D 조직 된 인간 심장 조직 개발

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DOI:

10.3791/62539

⸱

2021년 6월 15일

Jaimeson Veldhuizen¹ , Mehdi Nikkhah¹^,²

¹School of Biological and Health Systems Engineering, Arizona State University, ²Biodesign Virginia G. Piper Center for Personalized Diagnostics, Arizona State University

이 논문에서

요약

이 프로토콜의 목표는 심장 조직 공학, 약물 스크리닝 및 질병 모델링을 위해 심장 섬유아세포(CFs)와 공동 배양된 줄기 세포 유래 심근세포(CFs)로 구성된 고도로 정렬된 인간 심장 조직의 3차원(3D) 미세유체 모델의 개발을 설명하고 시연하는 것이다.

초록

전 세계적으로 사망의 주요 원인은 심혈관 질환 (CVD)으로 지속됩니다. 그러나, 심장 근육의 생리적, 생물학적 복잡성을 모델링, 심근, 시험관 내에서 달성하기 위해 악명 높게 어렵다. 주로, 장애물은 성인 또는 성인과 같은 표현형을 전시하고 성공적으로 심근의 세포 복잡성과 복잡한 3D 아키텍처를 복제 할 수있는 인간의 심근 세포 (CM)에 대한 필요성에 있다. 불행히도, 윤리적 우려와 가능한 1 차 환자 파생 인간 심장 조직의 부족으로 인해, CM의 최소한의 증식과 결합, 실행 가능한 인간 CM의 소싱은 심장 조직 공학을위한 제한 단계되었습니다. 이를 위해 대부분의 연구는 인간 CM의 주요 공급원으로 인간 유도만능 줄기 세포(hiPSCs)의 심장 분화로 전환되어 심장 조직 모델링을 위한 시험관 내의 hiPSC-CM을 광범위하게 통합하는 결과입니다.

여기서, 우리는 미세 유체 장치 내에서 3D 성숙한 줄기 세포 유래 인간 심장 조직을 개발하기위한 프로토콜을 시연한다. 당사는 hiPSC 유래 CM에서 3D 내 이소성 심장 조직-온-어칩 모델의 생성을 구체적으로 설명하고 시각적으로 시연합니다. 우리는 주로 CM을 위해 선택하는 정화 프로토콜, 인간 CF (hCs)와 CM을 혼합하여 정의된 비율을 가진 세포의 공동 배양, 콜라겐 기반 하이드로겔 내에서 이 공동 배양의 중단을 설명합니다. 우리는 또한 우리의 잘 정의 된 미세 유체 장치 내에서 세포 라덴 하이드로겔의 주입을 시연, 주변 세포와 하이드로 겔 매트릭스의 높은 수준의 정렬을 유도하기 위해 표면 지형 역할을 비틀 거리는 타원형 마이크로 포스트로 내장, 네이티브 심근의 아키텍처를 모방. 우리는 제안 된 3D anisotropic 심장 조직 -에 칩 모델은 기본 생물학 연구에 적합 하다는 것을 구상, 질병 모델링, 그리고, 스크리닝 도구로 그것의 사용을 통해, 제약 테스트.

서론

조직 공학 접근법은 최근 몇 년 동안 재생 의학 및 질병 모델링^1,^2에서 생체 내 임상 연구 결과를 동반하기 위해 널리 탐구되었습니다. 특히 인체 1차 심장 조직을 소싱하고 생체외 대리에서 생리적으로 관련된 것을 생산하는 데 내재된 어려움으로 인해 체외 내 심장 조직 모델링에 중점을 두어 심혈관 질환(CVDs)^1,^3의복잡한 메커니즘에 대한 근본적인 이해를 제한하고 있다. 전통적인 모델은 종종 2D 단층 문화 에세이를 포함했습니다. 그러나, 심근의 토착 경관과 복잡한 세포 상호 작용을 모방하기 위해 3D 환경 내에서 심장 세포를 배양하는 것의 중요성은^{광범위하게}^4,^5를특징으로 한다. 또한, 지금까지 생산된 대부분의 모델은 줄기 세포와 분화된 CM의 모노 배양을 포함하였다. 그러나, 심혼은 복잡한 3D 아키텍처⁷내에서 다중 세포 유형^6으로 이루어져 있으며....