Name: iPSC 유래 내피 선조의 혈관 전위를 정량화하는 체외 3D 모델 및 전산 파이프라인 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-05-13T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 36 s
Description: 배우세요 iPSC 유래 내피 선조 세포를 3D 콜라겐 매트릭스에 캡슐화하여 혈관 형성 잠재력을 정량화하는 방법을. 이 프로토콜은 심혈관 질환 모델링 및 치료를 위한 개방형 전산 파이프라인을 제공합니다.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

이 작품은 미국 심장 협회 (교부금 번호 15SDG25740035, J.Z.에 수여), 국립 보건원의 생물 의학 영상 및 생명 공학 (NIBIB)의 국립 연구소 (보조금 번호 EB007507, C.C.에 수여), 및 재생 재활 연구 및 훈련을위한 연합 (AR3T, 부여 번호 1 P2C HD086843-01, J.Z.에 수여). 우리는 공초점 현미경 검사법에 대한 그녀의 기술적인 조언을 위해 Jeanne Stachowiak 교수 (오스틴텍사스 대학)를 인정하고 싶습니다. 우리는 또한 사무엘 미헬릭 (오스틴 텍사스 대학), 알리시아 알렌 박사 (오스틴 텍사스 대학), 줄리 Rytlewski 박사 (적응 생명 공학), 박사 레온 벨란 (밴더빌트 대학)와 의논에 감사드립니다 3D 네트워크의 계산 분석. 마지막으로, 우리는 박사 샤오 핑 바오 (캘리포니아 대학, 버클리) iPSC-EP로 iPSCs를 차별화에 대한 그의 조언에 감사드립니다.

<ol><li>Wang, K., Lin, R. -Z., Melero-Martin, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bioengineering+human+vascular+networks%3A+trends+and+directions+in+endothelial+and+perivascular+cell+sources%5BTitle%5D)+AND+%22Cellular+and+Molecular+Life+Sciences%22%5BJournal%5D)">Bioengineering human vascular networks: trends and directions in endothelial and perivascular cell sources.</a> Cellular and Molecular Life Sciences. , 1-19 (2018).</li>
<li>Kant, R. J., Coulombe, K. L. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integrated+approaches+to+spatiotemporally+directing+angiogenesis+in+host+and+engineered+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Biomaterialia%22%5BJournal%5D)">Integrated approaches to spatiotemporally directing angiogenesis in host and engineered tissues.</a> Acta Biomaterialia. 69, 42-62 (2018).</li>
<li>Briquez, P. S., Clegg, L. E., Martino, M. M., Mac Gabhann, F., Hubbell, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+principles+for+therapeutic+angiogenic+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Materials%22%5BJournal%5D)">Design principles for therapeutic angiogenic materials.</a> Nature Reviews Materials. 1 (1), 1-15 (2016).</li>
<li>Arnaoutova, I., George, J., Kleinman, H. K., Benton, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+endothelial+cell+tube+formation+assay+on+basement+membrane+turns+20%3A+State+of+the+science+and+the+art%5BTitle%5D)+AND+%22Angiogenesis%22%5BJournal%5D)">The endothelial cell tube formation assay on basement membrane turns 20: State of the science and the art.</a> Angiogenesis. 12 (3), 267-274 (2009).</li>
<li>Bezenah, J. R., Kong, Y. P., Putnam, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluating+the+potential+of+endothelial+cells+derived+from+human+induced+pluripotent+stem+cells+to+form+microvascular+networks+in+3D+cultures%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Evaluating the potential of endothelial cells derived from human induced pluripotent stem cells to form microvascular networks in 3D cultures.</a> Scientific Reports. 8 (1), 2671(2018).</li>
<li>Nakatsu, M. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((VEGF121+and+VEGF165+regulate+blood+vessel+diameter+through+vascular+endothelial+growth+factor+receptor+2+in+an+in+vitro+angiogenesis+model%5BTitle%5D)+AND+%22Laboratory+Investigation%22%5BJournal%5D)">VEGF121 and VEGF165 regulate blood vessel diameter through vascular endothelial growth factor receptor 2 in an in vitro angiogenesis model.</a> Laboratory Investigation. 83 (12), 1873-1885 (2003).</li>
<li>Shamloo, A., Heilshorn, S. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Matrix+density+mediates+polarization+and+lumen+formation+of+endothelial+sprouts+in+VEGF+gradients%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Matrix density mediates polarization and lumen formation of endothelial sprouts in VEGF gradients.</a> Lab on a Chip. 10 (22), 3061(2010).</li>
<li>Jeon, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generation+of+3D+functional+microvascular+networks+with+human+mesenchymal+stem+cells+in+microfluidic+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Integrative+Biology%22%5BJournal%5D)">Generation of 3D functional microvascular networks with human mesenchymal stem cells in microfluidic systems.</a> Integrative Biology. 6 (5), 555-563 (2014).</li>
<li>Takahashi, K., Yamanaka, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Induction+of+Pluripotent+Stem+Cells+from+Mouse+Embryonic+and+Adult+Fibroblast+Cultures+by+Defined+Factors%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">Induction of Pluripotent Stem Cells from Mouse Embryonic and Adult Fibroblast Cultures by Defined Factors.</a> Cell. 126 (4), 663-676 (2006).</li>
<li>Kusuma, S., Macklin, B., Gerecht, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Derivation+and+network+formation+of+vascular+cells+from+human+pluripotent+stem+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+in+Molecular+Biology%22%5BJournal%5D)">Derivation and network formation of vascular cells from human pluripotent stem cells.</a> Methods in Molecular Biology. 1202, 1-9 (2014).</li>
<li>Lian, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Efficient+differentiation+of+human+pluripotent+stem+cells+to+endothelial+progenitors+via+small-molecule+activation+of+WNT+signaling%5BTitle%5D)+AND+%22Stem+Cell+Reports%22%5BJournal%5D)">Efficient differentiation of human pluripotent stem cells to endothelial progenitors via small-molecule activation of WNT signaling.</a> Stem Cell Reports. 3 (5), 804-816 (2014).</li>
<li>Kusuma, S., Shen, Y. -I., Hanjaya-Putra, D., Mali, P., Cheng, L., Gerecht, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-organized+vascular+networks+from+human+pluripotent+stem+cells+in+a+synthetic+matrix%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Self-organized vascular networks from human pluripotent stem cells in a synthetic matrix.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (31), 12601-12606 (2013).</li>
<li>Charwat, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Potential+and+limitations+of+microscopy+and+Raman+spectroscopy+for+live-cell+analysis+of+3D+cell+cultures%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">Potential and limitations of microscopy and Raman spectroscopy for live-cell analysis of 3D cell cultures.</a> Journal of Biotechnology. 205, 70-81 (2015).</li>
<li>Holnthoner, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adipose-derived+stem+cells+induce+vascular+tube+formation+of+outgrowth+endothelial+cells+in+a+fibrin+matrix%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Tissue+Engineering+and+Regenerative+Medicine%22%5BJournal%5D)">Adipose-derived stem cells induce vascular tube formation of outgrowth endothelial cells in a fibrin matrix.</a> Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine. 9 (2), 127-136 (2012).</li>
<li>Zudaire, E., Gambardella, L., Kurcz, C., Vermeren, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+computational+tool+for+quantitative+analysis+of+vascular+networks%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+ONE%22%5BJournal%5D)">A computational tool for quantitative analysis of vascular networks.</a> PLoS ONE. 6 (11), 1-12 (2011).</li>
<li>Khoo, C. P., Micklem, K., Watt, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+comparison+of+methods+for+quantifying+angiogenesis+in+the+Matrigel+assay+in+vitro%5BTitle%5D)+AND+%22Tissue+Engineering+Part+C%3A+Methods%22%5BJournal%5D)">A comparison of methods for quantifying angiogenesis in the Matrigel assay in vitro.</a> Tissue Engineering Part C: Methods. 17 (9), 895-906 (2011).</li>
<li>Rytlewski, J. A., Geuss, L. R., Anyaeji, C. I., Lewis, E. W., Suggs, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+image+quantification+as+a+new+morphometry+method+for+tissue+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Tissue+Engineering+Part+C%3A+Methods%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional image quantification as a new morphometry method for tissue engineering.</a> Tissue Engineering Part C: Methods. 18 (7), 507-516 (2012).</li>
<li>Kerschnitzki, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Architecture+of+the+osteocyte+network+correlates+with+bone+material+quality%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Bone+and+Mineral+Research%22%5BJournal%5D)">Architecture of the osteocyte network correlates with bone material quality.</a> Journal of Bone and Mineral Research. 28 (8), 1837-1845 (2013).</li>
<li>Bao, X., Lian, X., Palecek, S. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Directed+endothelial+progenitor+differentiation+from+human+pluripotent+stem+cells+via+Wnt+activation+under+defined+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Wnt+Signaling%3A+Methods+and+Protocols%22%5BJournal%5D)">Directed endothelial progenitor differentiation from human pluripotent stem cells via Wnt activation under defined conditions.</a> Wnt Signaling: Methods and Protocols. 1481 (1), 183-196 (2016).</li>
<li>Crosby, C. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantifying+the+vasculogenic+potential+of+iPSC-derived+endothelial+progenitors+in+collagen+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Tissue+Engineering+Part+A%22%5BJournal%5D)">Quantifying the vasculogenic potential of iPSC-derived endothelial progenitors in collagen hydrogels.</a> Tissue Engineering Part A. , In press (2019).</li>
<li>Li, C. H., Tam, P. K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+iterative+algorithm+for+minimum+cross+entropy+thresholding%5BTitle%5D)+AND+%22Pattern+Recognition+Letters%22%5BJournal%5D)">An iterative algorithm for minimum cross entropy thresholding.</a> Pattern Recognition Letters. 19 (8), 771-776 (1998).</li>
<li>Kollmannsberger, P., Kerschnitzki, M., Repp, F., Wagermaier, W., Weinkamer, R., Fratzl, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+small+world+of+osteocytes%3A+Connectomics+of+the+lacuno-canalicular+network+in+bone%5BTitle%5D)+AND+%22New+Journal+of+Physics%22%5BJournal%5D)">The small world of osteocytes: Connectomics of the lacuno-canalicular network in bone.</a> New Journal of Physics. 19 (7), (2017).</li>
<li>Crosby, C. O., Zoldan, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mimicking+the+physical+cues+of+the+ECM+in+angiogenic+biomaterials%5BTitle%5D)+AND+%22Regenerative+Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Mimicking the physical cues of the ECM in angiogenic biomaterials.</a> Regenerative Biomaterials. , In press (2019).</li>
<li>Watanabe, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+ROCK+inhibitor+permits+survival+of+dissociated+human+embryonic+stem+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">A ROCK inhibitor permits survival of dissociated human embryonic stem cells.</a> Nature Biotechnology. 25 (6), 681-686 (2007).</li>
<li>Kniazeva, E., Kachgal, S., Putnam, A. J., Ph, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+extracellular+matrix+density+and+mesenchymal+stem+cells+on+neovascularization+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Tissue+Engineering+Part+A%22%5BJournal%5D)">Effects of extracellular matrix density and mesenchymal stem cells on neovascularization in vivo.</a> Tissue Engineering Part A. 17 (7-8), 905-914 (2011).</li>
<li>Ghajar, C. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+matrix+density+on+the+regulation+of+3-D+capillary+morphogenesis%5BTitle%5D)+AND+%22Biophysical+Journal%22%5BJournal%5D)">The effect of matrix density on the regulation of 3-D capillary morphogenesis.</a> Biophysical Journal. 94 (5), 1930-1941 (2008).</li>
<li>Morin, K. T., Smith, A. O., Davis, G. E., Tranquillo, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aligned+human+microvessels+formed+in+3D+fibrin+gel+by+constraint+of+gel+contraction%5BTitle%5D)+AND+%22Microvascular+Research%22%5BJournal%5D)">Aligned human microvessels formed in 3D fibrin gel by constraint of gel contraction.</a> Microvascular Research. 90, 12-22 (2013).</li>
<li>Frantz, C., Stewart, K. M., Weaver, V. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+extracellular+matrix+at+a+glance%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Cell+Science%22%5BJournal%5D)">The extracellular matrix at a glance.</a> Journal of Cell Science. 123 (24), 4195-4200 (2010).</li>
</ol>

저자는 공개 할 것이 없다.

이 프로토콜은 E8, LaSR 기저, 및 EGM-2의 세 가지 유형의 세포 배양 배지에서 세포의 장기 배양을 포함한다. 따라서 모든 물질을 적절하게 살균하기 위해 세심한주의를 기울여야합니다. 또한 실험실 코트와 에탄올 세척 장갑은 실험실의 층류 후드에서 작업할 때 항상 착용해야 합니다. 마이코 플라즈마 오염을 자주 테스트하는 것이 좋습니다. iPSC 배양 중에 다량의 파편이 관찰되는 경우 또는 분화 효율의 급격한 하락이 주목된다면, 마이코플라즈마 오염이 원인일 가능성이 높다. 이 프로토콜로 생성된 iPSC-EP는 상당량의 ECM을 증착하는 경향이 있으며, 이는 해리 시간을 연장시키고 단일 세포 현탁액이 작은 덩어리로 분리되도록 한다. 솔루션이 iPSC-EP에서 CD34 에피토프를 방해할 수 있기 때문에 트립신-EDTA(0.25%)를 사용하지 마십시오. 그러나 콜라게나제/디스파제 용액을 사용하면 증착된 ECM을 제거하고 표준 세포 분리 용액으로 해리를 용이하게 할 수 있습니다. 광범위 한 해리 후, 세포와 ECM의 일부 작은 덩어...

인간 배꼽 정맥 내피 세포(HUVECs) 및 기타 1차 내피 세포 유형은 2년 동안 시험관내 혈관 발아및 발달을 모델링하기 위해 활용되어 왔다. 이러한 혈관 플랫폼은 심혈관 질환의 분자 및 조직 수준 메커니즘을 조명할 것을 약속하고 원시 혈관네트워크의 발달에 대한 생리학적 통찰력을 제시할 수 있다 2,3. 혈관 모델링 분야는 상당한 발전을 목격했지만 생리학적 혈관 발달을 정량적으로 모델링하고 평가할 수 있는 "금 본위제" 분석은 여전히 애매합니다. 대부분의 출판된 프로토콜은 성숙하고 기능적인 혈관의 형성을 장려하기 위해 혈관 틈새 시장을 적절히 회수하지 못하거나 평가된 세포 유형의 혈관 전위를 3차원으로 정량적으로 비교하는 방법이 없는 경우( 3D).
많은 현재 혈관 모형은 생리적인 혈관 틈새시장을 모방하는 그들의 기능에 있는 제한됩니다. 시험관내 에서 가장 일반적으로 사용되는 것 중 하나는 젤라틴 단백질 혼합물 계 튜브 형성 분석이다. 간략하게, HUVECs는 뮤린 육종 세포 외 매트릭스 (ECM)에서 수확 한 단백질로 구성된 겔의 얇은 층에 단일 세포로 시드된다; 1 ~ 2 일 이내에 HUVECs는 원시 튜브4로자체 조립됩니다. 그러나, 이러한 과정은 2차원(2D)과 이 분석법에서 활용되는 내피 세포(ECs)에서 발생하며, 이러한 연구의 생리학적 중요성을 제한함으로써 동봉된 중공 루멘을 형성하지 않는다. 보다 최근에는, ECs 및 지지 세포(예를 들어, 중간엽 줄기 세포(SC) 및 회구)는 콜라겐 또는 피브린 하이드로겔과 같은 네이티브 ECM의 섬유질 구조를 시뮬레이션하는3D 미세 환경에서 공동 배양되고 있다 5. 이러한 미세 환경의 혈관 발달을 모델링하기 위해, EC로 코팅된 중합체 비드는 전형적으로6을채용한다. 하이드로겔에 간질적으로 내장된 다른 세포에 의해 분비되는 외인성 성장 인자 및/또는 성장 인자의 첨가는 ECs를 유도할 수 있고, 중합체 비드를 코팅하고, 싹트고 단일 루멘을 형성할 수 있다; 그런 다음 새싹과 용기의 수와 직경을 계산할 수 있습니다. 그러나, 이러한 새싹은 단수이며 생리학적 조건에서 볼 수 있듯이 동봉된 연결된 네트워크를 형성하지 않으므로 종양 혈관 구조 모델을 연상시킵니다. 미세유체 장치는 또한 혈관 틈새 시장을 모방하고 EC-라덴 하이드로겔7,8에서혈관 구조의 형성을 촉진하기 위해 활용되었다. 전형적으로, 혈관신생 성장 인자-구배는 순환 세포 배양 배지에 적용되어 EC 이동 및 발아를 유도한다. 개발된 용기의 루멘을 구성하는 ECs는 미세유체 장치를 통한 유체 흐름의 적용에 의해 유도된 전단 응력에 민감하며; 따라서 이러한 미세 유체 장치는 정적 모델에서 액세스할 수 없는 주요 생리학적 매개 변수를 캡처합니다. 그러나 이러한 장치는 비용이 많이 드는 미세 제작 능력이 필요합니다.
가장 중요한 것은, 세 가지 혈관 모델(2D, 3D, 미세유체)이 1차 EC뿐만 아니라 1차 지지 세포 유형을 압도적으로 활용했다는 것입니다. 세포가 이식시 면역 반응을 일으키기 때문에 1 차적인 세포는 효과적인 심장 혈관 치료로 발전될 수 없습니다; 더욱이, HUVECs 및 유사한 1 차적인 세포 모형은 환자 특정하지 않으며 유전 처리 또는 기존 건강 상태, 예를 들면, 당뇨병 mellitus를 가진 환자에서 생기는 혈관 이상을 포착하지 않습니다. 유도된 만능 줄기세포(iPSCs)는 지난 10년간 인체내의 모든 체세포로 분화될 수 있는 환자 특이적, 증식성 세포 공급원으로 나타났다. 특히, iPSC 유래 내피 선조(iPSC-EP)의 생성 및 격리를 설명하는 프로토콜이 10,11; iPSC-EP는 이중성이며, 따라서, 성숙하고 기능적인 혈관구조의 빌딩 블록인 내피 세포와 평활근 세포/회핵세포로 더욱 분화될 수 있다. 단 하나의 연구는 설득력 3D 미세 환경12에서iPSC-EP에서 기본 모세관 신경총의 개발을 상세히했다; 본 연구는 iPSC-EP 어셈블리의 이해와 천연 및 합성 하이드로겔의 분화에 매우 중요하지만, 생성된 혈관구조의 네트워크 와 사과를 정량적으로 비교하지는 않았다. 또 다른 최근 연구는 HUVECs 및 iPSC 유래 ECs5의 발아를 비교하기 위해 폴리머 비드 모델을 사용했다. 따라서 3D 미세 환경에서 iPSC-EP 혈관 발생을 조절하는 물리적 및 화학적 신호 메커니즘을 더 명확히 밝히고 이러한 세포가 허혈성 치료 및 심혈관 질환에 적합한지 여부를 결정할 필요가 있습니다. 모델링.
지난 10년 동안 혈관 네트워크 길이와 연결을 정량화하고 비교하기 위해 다양한 오픈 소스 계산 파이프라인과 스켈레톤 알고리즘이 개발되었습니다. 예를 들어, Charwat 등은 피브린 매트릭스13,14에서지방 유래 줄기 세포 및 아웃성장 EC의 공동 배양으로부터 유래된 혈관 네트워크의 필터링된 이불화 이미지를 추출하는 포토샵 기반 파이프라인을 개발하였다. 아마도 가장 널리 사용되는 토폴로지 비교 도구는 AngioTool, 국립 암 연구소에 의해 온라인으로 출판 된 프로그램입니다15; 프로그램의 광범위한 채택과 잘 문서화 된 충실도에도 불구하고,이 프로그램은 AngioSys 및 Wimasis를 포함한 두 가지 차원의 선박과 같은 구조를 분석하는 것으로 제한되며 동일한 차원 제한16을공유합니다. Imaris, Lucis 및 변형과 같은 강력한 소프트웨어 제품군은 엔지니어링 된 미세 혈관 구조의 네트워크 토폴로지를 분석하기 위해 개발되었습니다. 그러나 이러한 제품군은 대부분의 학술 실습에서 비용이 많이 들며 소스 코드에 대한 액세스를 제한하므로 최종 사용자가 특정 응용 프로그램에 맞게 알고리즘을 사용자 지정하는 데 방해가 될 수 있습니다. 3D 슬라이서, 오픈 소스 자기 공명 영상 / 컴퓨터 단층 촬영 패키지, 효과적으로 3D 혈관 네트워크의 토폴로지를 분석 할 수있는 혈관 모델링 도구 키트를 포함(17; 그러나 분석은 사용자가 네트워크의 끝점을 수동으로 배치하는 데 의존하며, 이는 큰 데이터 집합을 분석할 때 지루해질 수 있으며 사용자의 잠재 의식 편향에 의해 영향을 받을 수 있습니다. 이 원고에서는 3D 혈관 네트워크를 정량화할 수 있는 계산 파이프라인을 자세히 설명합니다. 위에서 설명한 한계를 극복하기 위해 이 오픈 소스 계산 파이프라인은 ImageJ를 활용하여 획득한 공초점 이미지를 사전 처리하여 3D 볼륨을 스켈레톤 분석기로 로드합니다. 상기 골격 분석기는 병렬 내측축 숱이 알고리즘을 사용하며, 원래 Kerschnitzki 등에서 개발하여 골혈구망(18)의 길이 및 연결을 분석한다. 이 알고리즘은 엔지니어링 된 미세 혈관 구조의 길이와 연결을 특성화하기 위해 효과적으로 적용 될 수 있습니다.
이 프로토콜은 3D 미세 환경에서 미세 혈관 네트워크의 생성을 간략하게 설명하고 iPSC-EP의 혈관 전위를 쉽게 비교할 수 있는 오픈 소스 및 사용자 편향 없는 계산 파이프라인을 제공합니다.

<table><tbody><tr><td>&micro;-Slide Angiogenesis</td><td>Ibidi</td><td>N/A</td><td>측벽이 있는 평평한 유리 바닥 조직 배양 플레이트는 손쉬운 컨포칼 이미징을 가능하게 합니다</td></tr><tr><td>96 well, 둥근 바닥, 초저 부착성 마이크로플레이트, 멸균</td><td>Corning</td><td>7007</td><td>세포 배양 접시에 세포가 함유된 콜라겐 하이드로겔의 결합을 방지합니다.</td></tr><tr><td>Accutase</td><td>STEMCELL Technologies</td><td>7920</td><td>부드러운 세포 분리 솔루션; FACS</td></tr><tr><td>Advanced DMEM/F12</td><td>Thermo Scientific</td><td>12634010</td><td>iPSC-EP 분화를 위한 기본 배지</td></tr>에 필수적인 세포외 에피토프를 분해하지 않습니다.<tr><td>반스테드 젠퓨어 xCAD 플러스&nbsp;</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td></td><td>50136165 정수 시스템; 다른 것들은 쉽게 대체 될 수</td></tr> 있습니다 <tr><td>소 혈청 알부민 용액, 7.5 % DPBS, 멸균 여과, BioXtra, 세포 배양에 적합</td><td>Fisher Scientific</td><td>A8412</td><td>세포 생존력을 보존하기 위해 FACs 분류</td></tr><tr><td>CD34-PE, 인간 (클론 : AC136)</td> <td>Miltenyi Biotec</td><td>130-098-140</td><td>iPSC-EPs</td></tr><tr><td>의 FAC 분리에 사용되는 항체CHIR99021</td><td>LC Laboratories</td><td>C-6556</td><td>만능 줄기 세포에서 중배엽 형성 유도</td></tr><tr><td>콜라겐 I 쥐 꼬리 고단백 100mg</td><td>VWR</td><td>354249</td><td>3D 미세환경</td></tr><tr><td>원추형 원심분리기 튜브(15/50mL)</td>의 주성분<td>Fisher Scientific</td><td>14-959-49D/A</td><td>비교적 많은 양의 시약 및 세포 배양 배지</td></tr><tr><td>를 저장하고 혼합하는 데 사용됩니다.DAPI (4',6-Diamidino-2-Phenylindole, Dihydrochloride)</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>D1306</td><td>세포핵 DMEM</td></tr><tr><td>/F12 DMEM/F12</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>11320-082</td><td>만능 줄기세포</td></tr><tr><td>Dulbecco's phosphate-buffered saline (DPBS)</td><td>ThermoFisher</td><td>14190-250</td><td>단층 배양</td></tr><tr><td>EDTA</td> <td>세척Sigma-Aldrich</td><td>E8008</td><td>만능 줄기세포 콜로니의 패시징을 위해 그리고 FACs 분류 시 세포 응집을 방지하기 위해</td></tr><tr><td>내피 세포 성장 매체 2</td><td>PromoCell</td><td>C-22011</td><td>내피 세포 생존 및 증식을 촉진하는</td></tr><tr><td>필수 8 매체</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>A1517001&nbsp; &nbsp;</td><td>만능줄기세포의 유지를 위해</td></tr><tr><td>Glycine,BioUltra, 분자생물학, >=99.0% (NT)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>50046</td><td>잔류 세제 중화</td></tr><tr><td>L-아스코르브산 2-인산 세스키마그네슘 염 수화물,>=95%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A8960</td><td>iPSC-EP 분화 매체의 구성 요소</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>MathWorks</td><td>1.8.0_152</td><td>다중 패러다임 수치 컴퓨팅 환경(대부분의 교육 기관에서 무료로 제공)</td></tr><tr><td>Matrigel Matrix GFR PhenolRF Mouse 10 mL (젤라틴 단백질 혼합물)</td><td>Fisher Scientific</td><td>356231</td><td>iPSC-EP 분화를 위해 플레이트를 코팅하기 위해 DMEM/F12로 희석</td></tr><tr><td>Medium-199 10X</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>1825015</td><td>최종 하이드로겔 삼투압과 pH</td></tr><tr><td>미세 원심분리 튜브(1.7 mL)</td>의 균형을 맞추는 데 사용됨<td>VWR</td><td>87003-294</td><td>소량의 시약을</td></tr> <tr><td>보관합니다.인산염 완충 식염수(PBS)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P3813</td><td>면역염색 용액의 주성분</td></tr><tr><td>페니실린-스트렙토마이신(10,000 U/mL)</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>15140122</td><td>FACS 기기에서 가능한 오염을 제거하기 위해 분류 후 사용하는 항생제</td></tr><tr><td>재조합 인간 VEGF 165 단백질</td><td>R& D Systems</td><td>293-VE</td><td>내피 세포 증식 및 세뇨관 형성을 자극하는 미토겐</td></tr><tr><td>로다민 남근</td> 형성 <td>Themo Fisher Scientific</td><td>R415</td><td>F-액틴 침착을 식별하고 혈관 네트워크의 경계를 윤곽화하기 위해</td></tr><tr><td>Triton X-100 (비이온 성 계면 활성제)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>X-100</td><td>세포를 부드럽게 투과시키는 데 사용되는 세제</td></tr><tr><td>Tween-20 (유화 시약)</td><td>Fisher Scientific</td><td>BP337</td>은 추가된 항체 VE-Cadherin (F-8)Santa Cruz Biotechnology sc-9989의 <td>결합 특이성을 증가시킵니다</td></tr><tr><td></td><td></td><td>.</td><td>콜라겐 하이드로겔에서 3D 내피 내강을 식별하기 위해</td></tr><tr><td>Vitronectin</td><td>ThermoFisher</td><td>A14700</td><td>만능 줄기세포 유지용</td></tr><tr><td>Y-27632</td><td>Selleck Chemicals</td><td>S1049</td><td>해리 및 재파종 시 만능 줄기세포와 iPSC-EP 생존력 보존</td></tr></tbody></table>

ipsc 유래 내피 선조의 혈관 전위를 정량화하는 체외 3d 모델 및 전산 파이프라인

An In Vitro 3D Model and Computational Pipeline to Quantify the Vasculogenic Potential of iPSC-Derived Endothelial Progenitors

유도된 만능 줄기 세포(iPSCs)는 임의의 체세포 유형으로 분화할 수 있는 환자 특이적, 증식성 세포 공급원이다. 성숙하고 기능적인 혈관을 조립하는 데 필요한 세포 유형으로 분화할 수 있는 이중내피 전구체(EP)는 배아 및 유도 만능 줄기 세포 모두에서 유래되었습니다. 그러나, 이 세포는 3차원 환경에서 엄격하게 평가되지 않았고, 그들의 혈관 전위도의 양적 측정은 애매하게 남아 있습니다. 여기서, 형광 활성화 세포 선별을 통한 iPSC-EP의 생성 및 격리가 먼저 설명되고, 그 다음에 콜라겐 하이드로겔에서 iPSC-EP의 캡슐화 및 배양에 대한 설명이 뒤따랐다. 이 세포외 매트릭스 (ECM)모방 미세 환경은 강력한 혈관 반응을 장려합니다. 혈관 네트워크는 배양의 주 후에 형성됩니다. 오픈 소스 소프트웨어를 사용하여 이러한 혈관 반응을 정량화하는 계산 파이프라인의 생성이 설명됩니다. 이 파이프라인은 모세관 신경총의 3D 아키텍처를 보존하여 최소한의 사용자 입력으로 분기, 분기 점 및 전체 네트워크 길이를 강력하게 식별하도록 설계되었습니다.

분화 후(그림1), FACS 및 콜라겐 하이드로겔에서 iPSC-EP의 캡슐화 후, 세포는 전형적으로 초기 루멘을 마이그레이션하고 형성하기 시작하기 전에 24 시간 동안 반올림된 상태로 유지됩니다. 배양의 대략 6 일 후에, 원시 모세관 신경총은 밝은 필드 현미경 검사법으로 볼때 하이드로겔에서 볼 수 있을 것입니다 (그림 2). 공초점 현미경상에서 고정된 스테인드 셀-라덴 하이드로겔을 이미징한 후(Movie1, 보충 영화1), 사전 처리된 이미지는 네트워크의 전체 길이 및 연결성 분석을 가능하게 하는 골격으로 변환된다. 이러한 정량적 측정은 강력한 혈관 네트워크를 생성하는 데 최적의 조건 집합을 결정하는 데 사용할 수 있습니다.
...

유도 된 만능 줄기 세포에서 파생 된 내피 전구체 (iPSC-EP)는 심혈관 질환 치료에 혁명을 일으킬 잠재력을 가지고 있으며 보다 충실한 심혈관 질환 모델을 생성 할 수 있습니다. 본 명세서에서, 3차원(3D) 콜라겐 미세환경에서 iPSC-EP의 캡슐화 및 이들 세포의 혈관전위액의 정량적 분석이 기재되어 있다.

iPSC 유래 내피 선조의 혈관 전위를 정량화하는 체외 3D 모델 및 전산 파이프라인

Induced pluripotent stem cells (iPSCs) are a patient-specific, proliferative cell source that can differentiate into any somatic cell type. Bipotent ...

우리의 프로토콜은 모델링에서 심혈관 질환 치료를 위한 엔지니어링 기능적 혈관치료에 도움이 될 수 있는 혈관 신생의 분자 및 벌크 조직 수준 메커니즘에 대한 독특한 통찰력을 가능하게 합니다. 이 프로토콜을 사용하면 다양한 플랫폼의 혈관 전위평가를 위한 강력한 3차원 혈관 네트워크를 생성할 수 있으며 최종 네트워크 토폴로지 분석을 위한 무료 오픈 소스 계산 파이프라인도 제공합니다. D5D6 분화 세포 배양의 웰 당 250 마이크로 리터의 세포 분리 용액을 섭씨 37도에서 10 분 동안 첨가하여 시작합니다.인큐베이션의 끝에서 P1000 파이펫 팁을 사용하여 세포를 단일 셀 현탁액으로 해리시합니다. 원심분리를 위해 단일 15 밀리리터 원판 튜브에 셀 솔루션을 풀. 우리는 얼음 냉기 선별 완충제 200 마이크로 리터에서 펠릿을 중단하고 4섭씨에서 10 분 동안 농축 형광 컨쥬게이징 CD34 항체의 5 마이크로 리터로 세포를 라벨.인큐베이션이 끝나면 얼음 냉기 선별 버퍼의 5 밀리리터로 세포를 씻으라. 40 마이크로미터를 통해 서스펜션을 5밀리리터 형광 활성화 셀 정렬 또는 FACS 튜브에 붓는다. 시료를 실행하기 전에, 플루오시토미터에 네 번째 레이블이 없는 세포의 10배를 정렬하고, 음의 대조군으로 작용하기 위해 표지되지 않은 세포를 포함하지 않는 높은 형광 강도로 영역을 게이팅한다.그런 다음 표지된 시료를 정렬하여 높은 CD34 발현에 기초하여 유도된 다능성 줄기 세포로부터 유래된 내피 전구체를 함유한다. 종류의 끝에서, 원심 분리를 위한 미세원심분리기 관으로 내피 전구 세포를 이송한다. 전구 세포의 콜라겐 하이드로겔 캡슐화의 경우, 우리는 내피 성장 중간 2의 200 마이크로 리터에서 정렬 된 세포 펠릿을 일시 중단, 로크 억제제 Y-27632의 10 마이크로 밀리터로 보충.얼음 위에 1.8 밀리터 미세 원심 분리기 튜브에 파종 배지의 400 마이크로 리터에 세포를 추가합니다. 콜라겐 350마이크로리터를 세포 현탁액에 섞는다. 용액은 옅은 노란색이 될 것입니다.다음으로, 1-뮬러 나트륨의 10 마이크로리터를 콜라겐 과 세포 용액에 섞는다. 이제 솔루션이 밝은 분홍색이 됩니다. 파이펫 56 마이크로리터는 이 중화 콜라겐 세포 용액을 96°C의 개별 우물로 미세화하여 섭씨 37도에서 30분 동안 배양할 수 있도록 매우 낮은 부착 U-바닥 세포 배양 플레이트를 제공합니다.인큐베이션의 끝에서, 세포가 균등하게 분포되었는지

an-vitro-3d-model-computational-pipeline-to-quantify-vasculogenic

Research

연구

JoVE Journal

Developmental Biology

발생생물학

여기, 우리는 두 번 시드를 부분적으로 유도 만능 줄기 세포로 쥐에 이식을위한 기능적인 조직 설계 혈관 이식을 생성하는 프로토콜을 제시 (PiPSC은) - 탈세 포화 선박 발판 생물 반응기에서 유래 내피 세포 - 평활근 세포 및 PiPSC 산출했다.

마우스 모델에서 조직 공학 혈관의 생성 및 손톱 확장

이 논문은 내피 세포의 생리 학적 특성을 요점을 되풀이 미세 혈관을 설계하는 사출 성형 방법을 제공한다. 미세 유체 기반의 공정은 흐름, 세포 성분, 형상, 생화학 그라디언트로 테일러 조건과 특허 3 차원 혈관 네트워크를 생성합니다. 제조 공정 및 잠재적 응용 예들이 설명된다.

미세화 및 3D 미세 혈관의 조립

여기, 우리 제시 시간 경과 영상에 대 한 프로토콜 및 사용 생체 외에서 vasculogenesis의 분석 단계 대조 현미경과 함께 오픈 소스 소프트웨어, Vasculogenesis의 운동 분석. 이 프로토콜은 수많은 종류의 혈관 질환 모델 실험 조건 vasculogenic 잠재력을 양적 평가에 적용할 수 있습니다.

Vasculogenesis의 운동 분석 역학 Vasculogenesis 및 신생에서 생체 외에서 의 단정

이 종이 여부를 평가 체 외에 고전적인 종양 신생 hemangioblastomas (HBs)와 HBs에서의 역할에 있는 포괄적인 절차를 제공 합니다. 결과 HB neovascularization의 복잡성을 강조 하 고는 것이 좋습니다이 일반적인 형태의 신생 HB neovascularization만 보완 메커니즘.

분석 결과 돋 아 회전 타원 체를 사용 하 여 상 상속 Hemangioblastoma Neovascularization의 생체 외에서 성능을 평가 하는 포괄적인 절차

이 방법은 표준화된 미세 유체 플랫폼에서 40개의 교류 3D 마이크로혈관으로서 iPSC 유래 내피 세포의 배양을 기술한다. 이 플랫폼은 확장 가능하고 처리량이 높은 방식으로 혈관 신생 콩나물의 해부학 및 안정화를 포함하여 3D로 그라데이션 구동 혈관 신생 발아를 연구 할 수 있습니다.

iPSC 유래 내피 세포의 퍼퓨비드 3D 혈관신생 발아연구를 위한 표준화 및 확장 성 분석

여기서, 우리는 생리적 흐름하에서 제조된 실제 크기의 3차원 인간 동맥 모델에서 내피 세포에 약물 운반대의 표적 증착을 연구하고 매핑하는 새로운 프로토콜을 제시한다. 제시된 방법은 혈관 시스템 내의 약운반체를 표적으로 하는 새로운 플랫폼역할을 할 수 있다.

유동 하에서 혈관 약물 표적화 연구를 위한 체외 3D 세포 배양 동맥 모델

이 분석은 3D 콜라겐 젤에서 배양된 배아체로 분화된 마우스 배아 줄기 세포를 활용하여 시험관 내에서 발아 혈관신생을 제어하는 생물학적 과정을 분석합니다. 이 기술은 약물 테스트, 질병 모델링 및 배아적으로 치명적인 결실의 맥락에서 특정 유전자를 연구하는 데 적용될 수 있습니다.

체외 혈관 질환 모델링 및 약물 검사를 위한 마우스 배아 줄기 세포를 이용한 혈관신생의 3차원 발아 분석

여기에는 내피 세포와 인간 만능 줄기 세포를 구별하는 간단한 워크플로우와 기계적 자극에 대한 자세한 프로토콜이 설명되어 있습니다. 이를 통해 내피 세포의 발달 역학을 연구할 수 있습니다. 이 접근법은 기계적 자극 후 배양 칩에서 수집된 살아있는 세포의 다운스트림 분석과 호환됩니다.

In Vitro (시험관내) 발달 기계생물학을 연구하기 위한 태아 인간 혈관 온칩 모델

이 프로토콜은 인간 만능 줄기세포를 사용하여 혈관 오가노이드를 생성하는 방법을 제시합니다.

인간 유도 만능 줄기 세포(Human-Induced Pluripotent Stem Cells)에서 혈관 오가노이드 생성

이 기사는 T 세포 자손의 생성, 표현형 및 수의 동역학을 분석하여 흉선 침전 전구 세포를 특성화하는 생체 내 및 시험관 내 방법론에 대해 설명합니다.

흉선의 특성 사용하여 마우스 배아에서 전구 세포를 정착<em&gt; 생체</em&gt;와<em&gt; 체외</em&gt; 분석 실험

배우세요 iPSC 유래 내피 선조 세포를 3D 콜라겐 매트릭스에 캡슐화하여 혈관 형성 잠재력을 정량화하는 방법을. 이 프로토콜은 심혈관 질환 모델링 및 치료를 위한 개방형 전산 파이프라인을 제공합니다.

iPSC 유래 내피 선조의 혈관 전위를 정량화하는 체외 3D 모델 및 전산 파이프라인

더 많은 동영상 탐색