Opracowanie wielokomórkowego trójwymiarowego modelu organotypowego błony śluzowej jelit człowieka hodowanej w warunkach mikrograwitacji

Rosangela Salerno-Goncalves; Alessio Fasano; Marcelo B. Sztein

doi:10.3791/54148

Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Opracowanie wielokomórkowego trójwymiarowego modelu organotypowego błony śluzowej jelit człowieka hodowanej w warunkach mikrograwitacji

9.4K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/54148

⸱

25 lipca 2016

Rosangela Salerno-Goncalves¹ , Alessio Fasano² , Marcelo B. Sztein¹

¹Center for Vaccine Development, Department of Pediatrics, University of Maryland School of Medicine, ²Mucosal Immunology and Biology Research Center, Massachusetts General Hospital for Children

W tym artykule

Podsumowanie

Komórki rosnące w środowisku trójwymiarowym (3D) reprezentują wyraźną poprawę w stosunku do hodowli komórek w środowiskach 2D (np. kolby lub szalki). W tym artykule opisano rozwój wielokomórkowego 3-wymiarowego modelu organotypowego błony śluzowej jelita ludzkiego hodowanej w warunkach mikrograwitacji zapewnianej przez bioreaktory o obrotowych ściankach i naczyniach (RWV).

Streszczenie

Ponieważ komórki rosnące w trójwymiarowym (3-D) środowisku mają potencjał, aby wypełnić wiele luk w hodowli komórek w środowiskach 2-D (np. kolbach lub szalkach). W rzeczywistości powszechnie uznaje się, że komórki hodowane w kolbach lub szalkach mają tendencję do różnicowania się i utraty wyspecjalizowanych cech tkanek, z których pochodzą. Obecnie istnieją głównie dwa rodzaje systemów hodowli 3D, w których komórki są umieszczane w rusztowaniach naśladujących natywną macierz zewnątrzkomórkową (ECM): (a) modele statyczne i (b) modele wykorzystujące bioreaktory. Pierwszym przełomem były statyczne modele 3D. Modele 3D wykorzystujące bioreaktory, takie jak bioreaktory o obrotowych ściankach i zbiornikach (RWV), są nowszym osiągnięciem. Oryginalna koncepcja bioreaktorów RWV została opracowana w NASA Johnson Space Center na początku lat 90. i uważa się, że przezwycięża ograniczenia modeli statycznych, takie jak rozwój niedotlenionych, martwiczych rdzeni. Bioreaktory RWV mogą obejść ten problem, zapewniając dynamikę płynów, która umożliwia efektywną dyfuzję składników odżywczych i tlenu. Bioreaktory te składają się z podstawy rotatora, która służy do podtrzymywania i obracania dwóch różnych formatów naczyń hodowlanych, które różnią się typem źródła napowietrzania: (1) wolno obracające się naczynia boczne (STLV) ze współosiowym natleniaczem pośrodku lub (2) naczynia o wysokim współczynniku kształtu (HARV) z natlenianiem za pomocą płaskiej membrany do przenoszenia gazu z kauczuku silikonowego. Zbiorniki te umożliwiają wydajny transfer gazu przy jednoczesnym unikaniu tworzenia się pęcherzyków i wynikających z tego turbulencji. Warunki te skutkują przepływem laminarnym i minimalną siłą ścinającą, która modeluje zmniejszoną grawitację (mikrograwitację) wewnątrz naczynia hodowlanego. W niniejszym artykule opisano opracowanie wielokomórkowego 3-D organotypowego modelu błony śluzowej jelita ludzkiego składającego się z linii komórek nabłonka jelitowego oraz pierwotnych ludzkich limfocytów, komórek śródbłonka i fibroblastów hodowanych w warunkach mikrograwitacji dostarczanych przez bioreaktor RWV.

Wprowadzenie

Pierwszy przełom w budowie modelu 3D został odnotowany na początku lat 80., kiedy naukowcy zaczęli badać różne typy rusztowań (np. lamininę, kolagen typu I, kolagen IV i fibronektynę) oraz koktajle czynników wzrostu, aby poprawić interakcje komórka-komórka i ECM w "statycznych" modelach 3D^1-7. Od tego czasu głównym problemem związanym z tymi modelami były ograniczenia w przenoszeniu składników odżywczych i tlenu w pożywce i konstruktach tkankowych⁸. W przeciwieństwie do komórek w środowisku in vivo, które otrzymuje stały przepływ składników odżywczych i tlenu z otaczających sieci naczyń krwionośnych, statyczny charakter tych mod....