Ten artykuł skupi się na rozwijaniu powierzchni pokrytych polimerem do długotrwałej, stabilnej hodowli ludzkich hepatocytów pochodzących z komórek macierzystych.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten artykuł skupi się na rozwijaniu powierzchni pokrytych polimerem do długotrwałej, stabilnej hodowli ludzkich hepatocytów pochodzących z komórek macierzystych.
Obecnie jednym z głównych ograniczeń w biologii komórki jest utrzymanie zróżnicowanego fenotypu komórki. Matryce biologiczne są powszechnie stosowane do hodowli i utrzymywania pierwotnych i pluripotencjalnych hepatocytów pochodzących z komórek macierzystych. Chociaż matryce biologiczne są przydatne, pozwalają na krótkotrwałą hodowlę hepatocytów, co ogranicza ich powszechne zastosowanie. Podjęliśmy próbę pokonania tych ograniczeń za pomocą syntetycznej powłoki polimerowej. Polimery reprezentują jedną z najszerszych klas biomateriałów i posiadają szeroki zakres właściwości mechanicznych, fizycznych i chemicznych, które można dostosować do określonego celu. Co ważne, takie materiały mogą być skalowane do standardów gwarantowanej jakości i wykazywać spójność między partiami. Jest to niezbędne, jeśli komórki mają być namnażane do wysokoprzepustowych badań przesiewowych w przemyśle farmaceutycznym lub do terapii komórkowej. Poliuretany (PU) to jedna z grup materiałów, które okazały się obiecujące w hodowlach komórkowych. Przedstawiono i omówiono nasze ostatnie postępy w optymalizacji powierzchni pokrytej poliuretanem do długotrwałej hodowli ludzkich hepatocytów o stabilnym fenotypie.
Materiały biologiczne są szeroko stosowane w utrzymaniu i różnicowaniu pluripotencjalnych komórek macierzystych 1. Chociaż to możliwe, te biologiczne substraty często zawierają niezliczoną ilość niezdefiniowanych składników. Matrigel jest powszechnie stosowanym substratem do hodowli i różnicowania komórek macierzystych. Niestety, jego zmienny skład wpływa na funkcjonowanie komórki i fenotyp. Chociaż zastosowano wiele alternatywnych, bardziej zdefiniowanych matryc biologicznych 2-7, ich zwierzęce pochodzenie lub słaba skalowalność sprawiają, że nie są one odpowiednimi kandydatami do produkcji przemysłowej. Dlatego też identyfikacja syntetycznych alternatyw, o określonym składzie i niezawodnym działaniu, jest kluczowym celem w badaniach nad komórkami macierzystymi.
Próbując przezwyciężyć ograniczenia niezdefiniowanych substratów do hodowli komórkowych, interdyscyplinarna współpraca między chemią a biologią zidentyfikowała materiały syntetyczne, które mogą wspierać fenotyp komórki. Podłoża syntetyczne są skalowalne, opłacalne i mogą być wytwarzane w złożone struktury 3D, naśladując środowisko in vivo. Ze względu na te właściwości, syntetyczne substraty są szeroko stosowane do wspomagania i stymulowania różnicowania wielu typów komórek 8-10.
Zaawansowane i wysokoprzepustowe testy ułatwiły szybkie badania przesiewowe materiałów syntetycznych z dużych bibliotek i dostarczyły nowatorskich materiałów o elastycznych właściwościach o szerokich zastosowaniach w badaniach i rozwoju biomedycznym 11-13. Wykorzystując wysokowydajną technologię badań przesiewowych mikromacierzy polimerowych, szybko zidentyfikowaliśmy prosty poliuretan (PU134), odpowiedni do utrzymania hepatocytów pochodzących z ludzkich komórek macierzystych. Stwierdzono, że polimer ten jest lepszy od substratów pochodzenia zwierzęcego pod względem różnicowania i funkcji hepatocytów 14-16. Następnie zoptymalizowaliśmy warunki powlekania, topografię i proces sterylizacji, aby uzyskać dostęp do wpływu na wydajność polimeru w stabilizacji funkcji i żywotności hepatocytów. Ma to istotne implikacje w odniesieniu do zrozumienia podstaw biologii hepatocytów w modelowaniu komórkowym i zastosowaniach medycyny regeneracyjnej.
Opisana tutaj technologia stanowi przykład tego, jak powierzchnia syntetycznego polimeru może być zoptymalizowana w celu zachowania fenotypu komórki. Wierzymy, że połączenie tej technologii z wydajnym protokołem różnicowania hepatocytów wolnych w surowicy może zapewnić skalowalną produkcję hepatocytów do wykorzystania w modelowaniu in vitro i medycynie regeneracyjnej.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Synteza PHNGAD (poli[1,6-heksanodiol/neopentyloglikol/di(etylenoglikol)-alt-kwas adipinowy]diol)

Schemat 1: Synteza PHNAGD. Schematyczne przedstawienie syntezy PHNAGD. PHNAGD otrzymano w wyniku reakcji 1,6-heksanodiolu, glikolu dietylenowego, glikolu neopentylowego i kwasu adypinowego. PHNAGD, Poly[1,6-hexanodiol/neopentyl glycol/di(ethylene glycol)-alt-adipic acid]diol.
2. Synteza PU134

Schemat 2: Synteza PU134. Schematyczne przedstawienie syntezy poliuretanu 134. PU134 przygotowano poprzez reakcję 1,0 ekwiwalentu PHNGAD z 2,0 ekwiwalentami 4,4′-metylenobis(izocyjanianu fenylu), a następnie dodanie 1,0 ekwiwalentu 1,4-butanodiolu jako przedłużacza łańcucha.
3. Przygotowanie roztworów PU134
4. Powlekanie szkiełek przedmiotowych PU134
5. Naświetlanie szkiełka nakrywki
6. Skaningowa mikroskopia elektronowa
7. Obserwacje z wykorzystaniem mikroskopii sił atomowych


8. Hodowla i różnicowanie komórek
9. Analiza funkcjonalna cytochromu p450
10. Immunobarwienie
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Rozpuszczalnik polimeru wpływa na topografię powierzchni powleczonej polimerem
Poliuretan 134 rozpuszczono w chloroformie, samodzielnie lub w połączeniu z toluenem, tetrahydrofuranem lub dichlorometanem, a następnie na szkiełkach przedmiotowych naniesiono różne formulacje metodą spin-coatingu. Do charakterystyki właściwości fizycznych powłok polimerowych wykorzystano skaningową mikroskopię elektronową (SEM) oraz mikroskopię sił atomowych (AFM) (Rycina 1). Powł...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wiele z obecnych metod stosowanych do generowania hepatocytów z komórek macierzystych opiera się na niezdefiniowanych matrycach pochodzenia zwierzęcego. Substraty te mogą być kosztowne i bardzo zmienne, wpływając na funkcję i stabilność komórek, stanowiąc istotną barierę w stosowaniu. W związku z tym przeprowadziliśmy badania przesiewowe dla materiałów syntetycznych, które wspomagają hodowlę hepatocytów pochodzących z komórek macierzystych. Zidentyfikowaliśmy prosty poliuretan (PU134), utworzony przez polimeryzację PHNGA...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
D.C.H. jest CSO, dyrektorem, założycielem i udziałowcem FibromEd Products Ltd. M.B. i J.P.I. są udziałowcami-założycielami FibromEd Products Ltd.
D.C.H., M.B. i F.K. były wspierane przez EPSRC Follow on Fund. B.L-V i D.S. byli wspierani przez stypendia doktoranckie MRC. Projekt K.C. otrzymał dofinansowanie z UK Instrumentative Medicine Platform.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Synteza, przygotowanie, powlekanie i charakterystyka szkiełek nakrywkowych pokrytych polimerem PU134 | |||
| Shaker | Edmun Bü HLER | KS-15 | |
| Naświetlacz | CIS Biointernational | IBL 637 | |
| Specjalistyczny system powlekania | wirowego | P-6708 | |
| Skaningowy mikroskop elektronowy | Mikroskop sił atomowych Philips | XL30CPSEM | |
| DimensionV Nanoscope, VEECO | |||
| p4-GLO CYP3A4 | Promega | V8902 | |
| Żarówka UV | ESCO | ||
| NanoScope | VEECO | wersja 1.20 | |
| Mikroskop fluorescencyjny | Olympus | TH45200 | Użyj oprogramowania Volocity 4 |
| Płytki do hodowli tkankowych | Corning, Wielka Brytania | 3527 | |
| szkiełka | Materiały laboratoryjne MIC3308 | ||
| Glikol dietylenowy | Sigma– Aldrich | 93171 | |
| 1,6-heksanodiol | Sigma– Aldrich | 240117 | |
| Glikol neopentylowy | Sigma– Aldrich | 408255 | |
| Kwas adypinowy | Sigma– Aldrich | 9582 | |
| bezwodny N,N-dimetyloformamid | Sigma– Aldrich | 227056 | |
| Eter dietylowy | Sigma– Aldrich | 676845 | |
| butoksydan tytanu (IV) | Sigma– Aldrich | 244112 | |
| 1,4-butanodiol | Sigma– Aldrich | 493732 | |
| Piec próżniowy | Thermoscientific | ||
| 4,4'-Metylenobis(izocyjanian fenylu) | Sigma– Aldrich | 101688 | |
| Tetrahydrofuran | Sigma– Aldrich | 401757 | |
| Powlekarka do natryskiwania | Bal-Tec SCD 050 | ||
| Inmunostaining | |||
| Phosphate buffer sola fizjologiczna (-MgCl2, -CaCl2) | Gibco | 10010031 | Przechowywać w temperaturze pokojowej |
| PBST, PBS z 0,1% TWEEN 20 | Zaopatrzenie laboratoriów naukowych Sp. z o.o | . EC607 | |
| Metanol | Scientific Laboratory Supplies Ltd | CHE5010 | |
| Albumina surowicy bydlęcej | Sigma-Aldrich, Wielka Brytania | A7906 | |
| MOWIOL 488 DAPI | Calbiochem | 475904 | Składa się z Tris HCl i glicerolu zgodnie z instrukcjami |
| Hodowla komórkowa i test funkcjonalny | |||
| CYP3A activity pGLO kit | Promega | V8902 | |
| Hepatozyme | Gibco | 17705021 | |
| TryLE express | Life Technologies | 12604013 | |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.