Wątroba jest wysoce unaczynionym organem o wielu funkcjach, w tym detoksykacji krwi, metabolizmie ksenobiotyków i produkcji białek surowicy. Tkanka wątroby ma złożoną trójwymiarową (3D) mikrostrukturę, składającą się z wielu typów komórek, kanalików żółciowych, sinusoid i stref o różnym składzie biomatrycy i różnych stężeniach tlenu. Biorąc pod uwagę tę skomplikowaną strukturę, trudno było stworzyć właściwy model wątroby in vitro1. Istnieje jednak rosnące zapotrzebowanie na funkcjonalne modele in vitro, w których ludzkie hepatocyty służą jako platformy do badania toksycznościleków2 i badań nad chorobami związanymi z wątrobą3.
Obecne platformy inżynierii tkankowej wątroby uprościły złożoność wątroby, izolując jeden lub skupiając się na kilku parametrach wątroby, a mianowicie kokulturze komórek4, składzie biochemicznym mikrośrodowisk strefowych5, dynamice przepływu6,7 i konfiguracji biomatrycy8. Konfigurację biomatrycy można podzielić na takie parametry, jak materiały rusztowań, skład białek macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM), sztywność matrycy, a także konstrukcja i struktura rusztowania. Nastąpił wzrost liczby badań inżynierii tkankowej z wykorzystaniem syntetycznych hydrożeli, zwłaszcza hydrożeli z poli(glikolu etylenowego) (PEG)9, biorąc pod uwagę możliwość dostrajania właściwości mechanicznych, bioaktywności i szybkości degradacji hydrożelu. Jeśli chodzi o badania związane z wątrobą, biokompatybilny hydrożel zastosowano do badania infekcji wirusowych chorób wątroby3. Jako projekt platformy hepatocytów, w licznych badaniach wykorzystano kultury kanapkowe hepatocytów10,11 i enkapsulację komórek w hydrożelu12,13, aby zapewnić środowisko 3D oraz interakcję komórka-ECM i komórka-komórka, które są niezbędne do naśladowania mikrośrodowiska in vivo. Platformy te nie posiadają jednak wysokiego stopnia kontroli i organizacji przestrzennej, co prowadzi do niejednorodnych właściwości przez rusztowanie14.
Rusztowanie koloidalne z odwróconym kryształem (ICC)14 to wysoce zorganizowane rusztowanie 3D do hodowli komórek, które zostało po raz pierwszy wprowadzone na początku 2000 roku. Unikalną strukturę rusztowania można przypisać prostemu procesowi wytwarzania przy użyciu kryształu koloidalnego, uporządkowanej sieci cząstek koloidalnych o zmiennej średnicy. Krótko mówiąc, aby podsumować proces, cząstki są starannie układane i wyżarzane za pomocą ciepła, aby utworzyć sieć. Wypłukiwanie tej sieci przez rozpuszczalnik organiczny w spolimeryzowanym hydrożelu powoduje powstanie sześciokątnie upakowanych kulistych wnęk15 o dużej powierzchni. To wysoce uporządkowane rusztowanie zostało wcześniej wykonane zarówno z materiałów syntetycznych, jak i naturalnych, w tym między innymi poli(akrylamidu)16-21, poli(kwasu mlekowo-ko-glikolowego)15,22-30, poli(glikolu etylenowego)31,32, poli(metakrylanu 2-hydroksyetylu)21,33-35 i chitozanu36-39. Rusztowania ICC wykonane z materiałów niepowodujących zanieczyszczeń mają tendencję do promowania sferoid komórkowych w jamach14,23,40. Wykazano, że wiele typów komórek z powodzeniem proliferuje, różnicuje się i funkcjonuje w tej konfiguracji, w tym chondrocyty41, komórki zrębu szpiku kostnego42 i komórki macierzyste43,44. Jeśli chodzi o hepatocyty, przeprowadzono badania z rusztowaniami ICC wykonanymi z Na2SiO3 i poli(akrylamidu), ale nie PEG. Dzięki prostym strategiom biokoniugacji (tj. sprzężeniu amin przez EDC/NHS) można wytwarzać rusztowania na bazie PEG sprzężone z białkami ECM, które mogą udowodnić, że więcej miejsc wiązania komórek jest środowiskiem bardziej podobnym do in vivo i poprawia funkcję wątroby.
W tym manuskrypcie i powiązanym filmie, szczegółowo opisujemy produkcję rusztowania ICC przy użyciu hydrożelu z poli(glikolu etylenowego) diakrylanu (PEGDA) i polistyrenowej siatki mikrosferycznej, zoptymalizowanej pod kątem hodowli raka wątroby (Huh-7.5). Pokazujemy różnice między ogólnie nieprzylepnymi rusztowaniami PEGDA ICC a rusztowaniem PEGDA ICC pokrytym kolagenem pod względem topologii rusztowania i wydajności komórek. Żywotność i funkcja komórek są mierzone jakościowo i ilościowo w celu oceny zachowania komórek Huh-7,5.