Drukbelasting dragende weefsels zoals kraakbeen of tussenwervelschijven bestaan uit heterogene weefsel gebieden die van cruciaal belang voor zowel de biomechanische functie en passende mechanisch-transductie in het weefsel zijn. Niet alleen is de cellulaire organisatie en werking verschillend in verschillende gebieden, maar de extracellulaire matrix (ECM) zijn daarbij elk samenstelling en organisatie. Bijvoorbeeld gewrichtskraakbeen bestaat uit drie primaire zones met verschillende celmorfologie, mechanische functie en ECM. Verschillen in hun ECM leiden tot differentiële dragende verantwoordelijkheden; de oppervlakkige laag is voornamelijk betrokken bij trek reactie te laden, terwijl het midden en diepe zones zijn voornamelijk verantwoordelijk voor het antwoord op de compressie 1. Ook in de tussenwervelschijf, een gelachtige nucleus pulposus is omgeven door een lamellaire annulus fibrosis en de cellen in deze twee verschillende gebieden onder verschillende categorieën biofysische stimuli2. In dit soort weefsels, cellen en extracellulaire matrices binnen de weefsellagen met elkaar als het weefsel ondergaat en reageert op mechanische krachten.
Recapitulatie van dergelijke heterogene weefselstructuren blijft een uitdaging in tissue engineering en regeneratieve geneeskunde, en ons begrip van hun biologische betekenis is beperkt. Er is behoefte aan het kweken platforms voor het analyseren gelaagde weefsels en co-culturen van verschillende populaties van cellen in één construct. In gewrichtskraakbeen weefselmanipulatie, zijn scaffold-less gelaagde constructies geconstrueerd door gebruik te maken van het vermogen van chondrocyten zonale gevarieerde ECM afzetten van de verschillende lagen van dit weefsel 3,4 nabootsen. Echter, gelaagde hydrogel constructen gelegenheid voor het onderzoeken van de interactie van diverse soorten celpopulaties die het vermogen om een robuust weefsel vormen onafhankelijk missen. Bijvoorbeeld verschillende populations van mesenchymale stamcellen kunnen worden samen gekweekt binnen gelaagde constructies. Dergelijke gelaagde steigers zijn gebruikt zowel chondrocyten differentiëren mesenchymale stamcellen verbeterde weefselmanipulatie 5. Niet alleen kunnen verschillende celpopulaties tezamen worden gekweekt in vergelijkbare hydrogel lagen, maar een enkel type cel kan worden gekweekt in lagen die zijn gemanipuleerd om variërende stijfheid of biochemische inhoud verschillende reacties van cellen 6,7 wekken hebben.
Veel verschillende biomateriaal hydrogels zijn gebruikt om celpopulaties kraakbeen tissue engineering laag zoals gebruikt polyethyleenglycol of polyvinylalcohol basen 7-9. Echter, alginaat hydrogelen een van de eenvoudigste biomaterialen om gelaagde scaffolds te creëren voor het bestuderen heterogene celpopulaties in co-cultuur. Terwijl agarose hydrogels zijn ook gemakkelijk gevormd, alginaat hydrogels hebben het extra voordeel van het toestaan van eenvoudig isolation van cellen van de 3-D construct voor analyse van individuele cellen als eerder 10 beschreven. In vorige studies hebben bi-lagen alginaat hydrogelen gevormd in dunne platen en van deze platen, werden secties gesneden (bv. Met behulp van een biopsie punch) voor bepaalde toepassingen zoals voor het analyseren van biochemische inhoud of raakvlak afschuifeigenschappen 11,12. Een andere werkwijze voor het vormen van dunne platen alginaat is beschreven met een mogelijke vakken met meerdere lagen, maar zou wijziging van de hydrogel voor gebruik in mechanische testen 13 vereisen.
Hier presenteren we een werkwijze voor het reproduceerbaar maken van bi-lagen alginaat hydrogel schijven voor gebruik in co-kweken van verschillende populaties van cellen. Dit alginaat disc platform bezit een aantal voordelen. In de eerste plaats, de reproduceerbare vorm en de geringe afmetingen is bevorderlijk voor de mechanische stimulatie van de ingebedde cellen zonder dat een biopsie punch of andere fysieke verandering aan de hydrogel voor vele toepassingen. Bovendien cellevensvatbaarheid blijft hoog tijdens de gelaagdheid proces en na gelvorming een duidelijke scheiding van de twee celpopulaties in de gel zichtbaar zonder initiële overlappingsgebied.