Name: Biodrukowalny hydrożel alginianowo-żelatynowy 3D Systemy modelowe in vitro indukują tworzenie sferoidów komórkowych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-07-02T14:30:00.000+00:00
Duration: 16 min 20 s
Description: Poznaj technikę bioprintingu 3D z użyciem hydrożelu alginianowo-żelatynowego do tworzenia sferoidów nowotworowych. Ta metoda umożliwia badanie interakcji komórek nowotworowych z fibroblastami w kontrolowanym środowisku in vitro.

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

playerTrialDesktop

Tao Jiang dziękuje Chińskiej Radzie Stypendialnej (201403170354) i McGill Engineering Doctoral Award (90025) za ich stypendium. Jose G. Munguia-Lopez dziękuje CONACYT (250279, 290936 i 291168) oraz FRQNT (258421) za stypendium. Salvador Flores-Torres dziękuje CONACYT za stypendium (751540). Joseph M. Kinsella dziękuje Narodowej Radzie Badań Naukowych i Inżynieryjnych, Kanadyjskiej Fundacji Innowacji, Fundacji Rodziny Townshend-Lamarre i Uniwersytetowi McGill za ich finansowanie. Chcielibyśmy podziękować Allenowi Ehrlicherowi za umożliwienie nam korzystania ze swojego reometru, Danowi Nicolau za umożliwienie nam korzystania ze swojego mikroskopu konfokalnego oraz Morag Park za udostępnienie nam fluorescencyjnie znakowanych linii komórkowych.

<ol><li>Cui, X., Hartanto, Y., Zhang, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advances+in+multicellular+spheroids+formation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+Royal+Society+Interface%22%5BJournal%5D)">Advances in multicellular spheroids formation.</a> Journal of the Royal Society Interface. 14 (127), (2017).</li>
<li>Yip, D., Cho, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+multicellular+3D+heterospheroid+model+of+liver+tumor+and+stromal+cells+in+collagen+gel+for+anti-cancer+drug+testing%5BTitle%5D)+AND+%22Biochemical+and+Biophysical+Research+Communications%22%5BJournal%5D)">A multicellular 3D heterospheroid model of liver tumor and stromal cells in collagen gel for anti-cancer drug testing.</a> Biochemical and Biophysical Research Communications. 433 (3), 327-332 (2013).</li>
<li>Breslin, S., O'Driscoll, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+relevance+of+using+3D+cell+cultures%2C+in+addition+to+2D+monolayer+cultures%2C+when+evaluating+breast+cancer+drug+sensitivity+and+resistance%5BTitle%5D)+AND+%22Oncotarget%22%5BJournal%5D)">The relevance of using 3D cell cultures, in addition to 2D monolayer cultures, when evaluating breast cancer drug sensitivity and resistance.</a> Oncotarget. 7 (29), 45745-45756 (2016).</li>
<li>Yue, X., Lukowski, J. K., Weaver, E. M., Skube, S. B., Hummon, A. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+proteomic+and+phosphoproteomic+comparison+of+2D+and+3D+colon+cancer+cell+culture+models%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Proteome+Research%22%5BJournal%5D)">Quantitative proteomic and phosphoproteomic comparison of 2D and 3D colon cancer cell culture models.</a> Journal of Proteome Research. 15 (12), 4265-4276 (2016).</li>
<li>Priwitaningrum, D. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tumor+stroma-containing+3D+spheroid+arrays%3A+a+tool+to+study+nanoparticle+penetration%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Controlled+Release%22%5BJournal%5D)">Tumor stroma-containing 3D spheroid arrays: a tool to study nanoparticle penetration.</a> Journal of Controlled Release. 244 (Pt B), 257-268 (2016).</li>
<li>Hong, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cellular+behavior+in+micropatterned+hydrogels+by+bioprinting+system+depended+on+the+cell+types+and+cellular+interaction%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Bioscience+and+Bioengineering%22%5BJournal%5D)">Cellular behavior in micropatterned hydrogels by bioprinting system depended on the cell types and cellular interaction.</a> Journal of Bioscience and Bioengineering. 116 (2), 224-230 (2013).</li>
<li>Dolati, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vitro+evaluation+of+carbon-nanotube-reinforced+bioprintable+vascular+conduits%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">In vitro evaluation of carbon-nanotube-reinforced bioprintable vascular conduits.</a> Nanotechnology. 25 (14), 145101(2014).</li>
<li>Murphy, S. V., Atala, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+bioprinting+of+tissues+and+organs%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">3D bioprinting of tissues and organs.</a> Nature Biotechnology. 32 (8), 773-785 (2014).</li>
<li>Kang, H. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+3D+bioprinting+system+to+produce+human-scale+tissue+constructs+with+structural+integrity%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">A 3D bioprinting system to produce human-scale tissue constructs with structural integrity.</a> Nature Biotechnology. 34 (3), 312-319 (2016).</li>
<li>Miller, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+casting+of+patterned+vascular+networks+for+perfusable+engineered+three-dimensional+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Rapid casting of patterned vascular networks for perfusable engineered three-dimensional tissues.</a> Nature Materials. 11 (9), 768-774 (2012).</li>
<li>Jia, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+3D+bioprinting+of+perfusable+vascular+constructs+using+a+blend+bioink%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Direct 3D bioprinting of perfusable vascular constructs using a blend bioink.</a> Biomaterials. 106, 58-68 (2016).</li>
<li>Kolesky, D. B., Homan, K. A., Skylar-Scott, M. A., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+bioprinting+of+thick+vascularized+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional bioprinting of thick vascularized tissues.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113 (12), 3179-3184 (2016).</li>
<li>Lee, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+fabrication+of+human+skin+by+three-dimensional+bioprinting%5BTitle%5D)+AND+%22Tissue+Engineering+Part+C%3A+Methods%22%5BJournal%5D)">Design and fabrication of human skin by three-dimensional bioprinting.</a> Tissue Engineering Part C: Methods. 20 (6), 473-484 (2014).</li>
<li>Jiang, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Directing+the+self-assembly+of+tumour+spheroids+by+bioprinting+cellular+heterogeneous+models+within+alginate%2Fgelatin+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Directing the self-assembly of tumour spheroids by bioprinting cellular heterogeneous models within alginate/gelatin hydrogels.</a> Scientific Reports. 7 (1), 4575(2017).</li>
<li>Knowlton, S., Onal, S., Yu, C. H., Zhao, J. J., Tasoglu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bioprinting+for+cancer+research%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+in+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">Bioprinting for cancer research.</a> Trends in Biotechnology. 33 (9), 504-513 (2015).</li>
<li>Derby, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Printing+and+prototyping+of+tissues+and+scaffolds%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Printing and prototyping of tissues and scaffolds.</a> Science. 338 (6109), 921-926 (2012).</li>
<li>Nair, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+cell+viability+during+bioprinting+processes%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnology+Journal%22%5BJournal%5D)">Characterization of cell viability during bioprinting processes.</a> Biotechnology Journal. 4 (8), 1168-1177 (2009).</li>
<li>Costa, E. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+tumor+spheroids%3A+an+overview+on+the+tools+and+techniques+used+for+their+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnology+Advances%22%5BJournal%5D)">3D tumor spheroids: an overview on the tools and techniques used for their analysis.</a> Biotechnology Advances. 34 (8), 1427-1441 (2016).</li>
<li>Zhao, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+printing+of+Hela+cells+for+cervical+tumor+model+in+vitro%5BTitle%5D)+AND+%22Biofabrication%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional printing of Hela cells for cervical tumor model in vitro.</a> Biofabrication. 6 (3), 035001(2014).</li>
<li>Ling, K., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095809916300728">Bioprinting-based high-throughput fabrication of three-dimensional MCF-7 human breast cancer cellular spheroids.</a> Engineering. 1 (2), 269-274 (2015).</li>
<li>Liang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+cell-instructive+hydrogel+to+regulate+malignancy+of+3D+tumor+spheroids+with+matrix+rigidity%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">A cell-instructive hydrogel to regulate malignancy of 3D tumor spheroids with matrix rigidity.</a> Biomaterials. 32 (35), 9308-9315 (2011).</li>
<li>Szot, C. S., Buchanan, C. F., Freeman, J. W., Rylander, M. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+in+vitro+bioengineered+tumors+based+on+collagen+I+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">3D in vitro bioengineered tumors based on collagen I hydrogels.</a> Biomaterials. 32 (31), 7905-7912 (2011).</li>
<li>Carey, S. P., Kraning-Rush, C. M., Williams, R. M., Reinhart-King, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biophysical+control+of+invasive+tumor+cell+behavior+by+extracellular+matrix+microarchitecture%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Biophysical control of invasive tumor cell behavior by extracellular matrix microarchitecture.</a> Biomaterials. 33 (16), 4157-4165 (2012).</li>
<li>Hospodiuk, M., Dey, M., Sosnoski, D., Ozbolat, I. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+bioink%3A+a+comprehensive+review+on+bioprintable+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnology+Advances%22%5BJournal%5D)">The bioink: a comprehensive review on bioprintable materials.</a> Biotechnology Advances. 35 (2), 217-239 (2017).</li>
<li>Caliari, S. R., Burdick, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+practical+guide+to+hydrogels+for+cell+culture%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Methods%22%5BJournal%5D)">A practical guide to hydrogels for cell culture.</a> Nature Methods. 13 (5), 405-414 (2016).</li>
<li>Bhutani, U., Laha, A., Mitra, K., Majumdar, S. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167577X1530762X">Sodium alginate and gelatin hydrogels: viscosity effect on hydrophobic drug release.</a> Materials Letters. 164, 76-79 (2016).</li>
<li>Biswal, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+mechanical+and+electrical+behavior+of+gelatin+hydrogels+on+drug+release+and+cell+proliferation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+Mechanical+Behavior+of+Biomedical+Materials%22%5BJournal%5D)">Effect of mechanical and electrical behavior of gelatin hydrogels on drug release and cell proliferation.</a> Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 53, 174-186 (2016).</li>
<li>Rowley, J. A., Madlambayan, G., Mooney, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Alginate+hydrogels+as+synthetic+extracellular+matrix+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Alginate hydrogels as synthetic extracellular matrix materials.</a> Biomaterials. 20 (1), 45-53 (1999).</li>
<li>Djabourov, M., Leblond, J., Papon, P. <a target="_blank" href="https://jphys.journaldephysique.org/articles/jphys/abs/1988/02/jphys_1988__49_2_319_0/jphys_1988__49_2_319_0.html">Gelation of aqueous gelatin solutions. I. Structural investigation.</a> Journal de Physique (France). 49 (2), 319-332 (1988).</li>
<li>Djabourov, M., Leblond, J., Papon, P. <a target="_blank" href="https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00210700">Gelation of aqueous gelatin solutions. II. Rheology of the sol-gel transition.</a> Journal de Physique (France). 49 (2), 333-343 (1988).</li>
<li>Coussot, P. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aCoussot%2C+P+%22Rheometry+of+Pastes%2C+Suspensions%2C+and+Granular+Materials%3A+Applications+in+Industry+and+Environment%22">Rheometry of Pastes, Suspensions, and Granular Materials: Applications in Industry and Environment</a>. , Wiley-Interscience. Hoboken, NJ. (2005).</li>
<li>Ouyang, L., Yao, R., Zhao, Y., Sun, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+bioink+properties+on+printability+and+cell+viability+for+3D+bioplotting+of+embryonic+stem+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Biofabrication%22%5BJournal%5D)">Effect of bioink properties on printability and cell viability for 3D bioplotting of embryonic stem cells.</a> Biofabrication. 8 (3), 035020(2016).</li>
<li>Michon, C., Cuvelier, G., Launay, B. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/BF00396681">Concentration dependence of the critical viscoelastic properties of gelatin at the gel point.</a> Rheologica Acta Rheologica Acta: An International Journal of Rheology. 32 (1), 94-103 (1993).</li>
<li>Mouser, V. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Yield+stress+determines+bioprintability+of+hydrogels+based+on+gelatin-methacryloyl+and+gellan+gum+for+cartilage+bioprinting%5BTitle%5D)+AND+%22Biofabrication%22%5BJournal%5D)">Yield stress determines bioprintability of hydrogels based on gelatin-methacryloyl and gellan gum for cartilage bioprinting.</a> Biofabrication. 8 (3), 035003(2016).</li>
<li>Benbow, J. J., Oxley, E. W., Bridgwater, J. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0009250987850364">The extrusion mechanics of pastes-the influence of paste formulation on extrusion parameters.</a> Chemical Engineering Science. 42 (9), 2151-2162 (1987).</li>
<li>Bingham, E. C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBingham%2C+EC+%22Fluidity+and+plasticity%22">Fluidity and plasticity</a>. , McGraw-Hill. New York, NY. (1922).</li>
<li>Horrobin, D. J., Nedderman, R. M. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009250998001055">Die entry pressure drops in paste extrusion.</a> Chemical Engineering Science. 53 (18), 3215-3225 (1998).</li>
<li>Soman, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cancer+cell+migration+within+3D+layer-by-layer+microfabricated+photocrosslinked+PEG+scaffolds+with+tunable+stiffness%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Cancer cell migration within 3D layer-by-layer microfabricated photocrosslinked PEG scaffolds with tunable stiffness.</a> Biomaterials. 33 (29), 7064-7070 (2012).</li>
<li>Asghar, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Engineering+cancer+microenvironments+for+in+vitro+3-D+tumor+models%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Today%22%5BJournal%5D)">Engineering cancer microenvironments for in vitro 3-D tumor models.</a> Materials Today. 18 (10), 539-553 (2015).</li>
<li>Lin, R. Z., Chang, H. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+advances+in+three-dimensional+multicellular+spheroid+culture+for+biomedical+research%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnology+Journal%22%5BJournal%5D)">Recent advances in three-dimensional multicellular spheroid culture for biomedical research.</a> Biotechnology Journal. 3 (9-10), 1172-1184 (2008).</li>
<li>Akasov, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Formation+of+multicellular+tumor+spheroids+induced+by+cyclic+RGD-peptides+and+use+for+anticancer+drug+testing+in+vitro%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Pharmaceutics%22%5BJournal%5D)">Formation of multicellular tumor spheroids induced by cyclic RGD-peptides and use for anticancer drug testing in vitro.</a> International Journal of Pharmaceutics. 506 (1-2), 148-157 (2016).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Struktury obciążone komórkami mogą zostać naruszone, jeśli zanieczyszczenie (biologiczne lub chemiczne) wystąpi w dowolnym momencie procesu. Zwykle zanieczyszczenie biologiczne jest postrzegane po dwóch lub trzech dniach hodowli jako zmiana koloru pożywki hodowlanej lub struktury biodrukowanej. Dlatego sterylizacja (dezynfekcja fizyczna i chemiczna) jest kluczowym krokiem dla wszystkich procesów związanych z komórkami. Warto zauważyć, że autoklawowanie żelatyny zmienia jej właściwości żelujące, co sprawiło, że w prowadzo...

Chociaż hodowla komórkowa 2D jest szeroko stosowana w badaniach nad rakiem, istnieją ograniczenia, ponieważ komórki są hodowane w formacie jednowarstwowym o jednolitym stężeniu składników odżywczych i tlenu. Hodowle te nie mają ważnych interakcji komórka-komórka i komórka-macierz obecnych w natywnym mikrośrodowisku guza (TME). W związku z tym modele te słabo podsumowują warunki fizjologiczne, co skutkuje nieprawidłowymi zachowaniami komórek, w tym między innymi nienaturalnymi morfologiami, nieregularną organizacją receptorów, polaryzacją błony i nieprawidłową ekspresją genów1,2,3,4. Z drugiej strony, hodowla komórkowa 3D, w której komórki są ekspandowane w przestrzeni wolumetrycznej jako agregaty, sferoidy lub organoidy, oferuje alternatywną technikę tworzenia dokładniejszych środowisk in vitro w celu badania podstawowej biologii i fizjologii komórki. Modele hodowli komórkowych 3D mogą również zachęcać do interakcji komórka-ECM, które są krytycznymi cechami fizjologicznymi natywnego TME in vitro1,4,5. Pojawiająca się technologia biodruku 3D daje możliwości budowania modeli, które naśladują heterogeniczne TME.
3D bioprinting wywodzi się z szybkiego prototypowania i umożliwia wytwarzanie mikrostruktur 3D, które są w stanie naśladować niektóre zawiłości próbek żywych tkanek6,7. Obecne metody biodruku obejmują druk atramentowy, wytłaczanie i druk wspomagany laserowo8. Wśród nich metoda ekstruzji pozwala na kontrolowanie niejednorodności w drukowanych matrycach poprzez precyzyjne pozycjonowanie różnych rodzajów materiałów w różnych początkowych lokalizacjach. Dlatego jest to najlepsze podejście do wytwarzania heterogenicznych modeli in vitro obejmujących wiele typów komórek lub matryc. Bioprinting ekstruzyjny został z powodzeniem wykorzystany do budowy rusztowań w kształcie małżowiny usznej9, struktury naczyniowe10,11,12 oraz tkanek skóry13, co skutkuje wysoką wiernością drukowania i żywotnością komórek. Technologia ta charakteryzuje się również wszechstronnym wyborem materiałów, możliwością osadzania materiałów z osadzonymi komórkami o znanej gęstości oraz wysoką odtwarzalnością14,15,16,17. Naturalne i syntetyczne hydrożele są często używane jako biotusze do biodruku 3D ze względu na ich biokompatybilność, bioaktywność i sieci hydrofilowe, które można zaprojektować tak, aby strukturalnie przypominały ECM7,18,19,20,21,22,23. Hydrożele są również korzystne, ponieważ mogą zawierać miejsca adhezji komórek, elementy strukturalne, przepuszczalność składników odżywczych i gazów oraz odpowiednie właściwości mechaniczne, aby stymulować rozwój komórek24. Na przykład hydrożele kolagenowe oferują miejsca zakotwiczenia integryny, które komórki mogą wykorzystać do przyłączenia się do macierzy. Żelatyna, zdenaturowany kolagen, zachowuje podobne miejsca adhezji komórek. W przeciwieństwie do tego, alginian jest bioobojętny, ale zapewnia integralność mechaniczną poprzez tworzenie wiązań krzyżowych z jonami dwuwartościowymi25,26,27,28.
W tej pracy opracowaliśmy kompozytowy hydrożel jako biotusz, składający się z alginianu i żelatyny, z podobieństwami do mikroskopijnej architektury rodzimego zrębu nowotworowego. Komórki raka piersi i fibroblasty zostały osadzone w hydrożelach i wydrukowane za pomocą biodrukarki opartej na wytłaczaniu, aby stworzyć model 3D, który naśladuje mikrośrodowisko in vivo. Zmodyfikowane środowisko 3D pozwala komórkom nowotworowym na tworzenie wielokomórkowych sferoid guza (MCTS) o wysokiej żywotności przez długie okresy hodowli komórkowej (> 30 dni). Protokół ten demonstruje metodologie syntezy hydrożeli kompozytowych, charakteryzując mikrostrukturę i drukowalność materiałów, biodrukując heterogeniczne modele komórkowe oraz obserwując powstawanie MCTS. Metodologie te można zastosować do innych biotuszy w biodruku ekstruzyjnym, a także do różnych projektów heterogenicznych modeli tkanek z potencjalnymi zastosowaniami w badaniach przesiewowych leków, testach migracji komórek i badaniach koncentrujących się na podstawowych funkcjach fizjologicznych komórki.

<table><tbody><tr><td>Alginian sodu</td><td>FMC BioPolymer</td><td>Nr CAS: 9005-38-3</td><td>Protanal LF 10/60 FT</td></tr><tr><td>Żelatyna</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G9391</td><td>Żelatyna typu B ze skóry bydlęcej</td></tr><tr><td>Sól fizjologiczna buforowana fosforanem Dubelcco (DPBS 1X)</td><td>Gibco</td><td>LS14190136</td><td>1& razy;, bez wapnia, bez magnezu</td></tr><tr><td>Magnetyczna płyta grzewcza</td><td>Corning&nbsp;</td><td>Nie dotyczy</td><td>Mieszadło/płyta grzejna model PC-420</td></tr><tr><td>50 ml probówki wirówkowe</td><td>Corning</td><td>352098</td><td>Falcon&reg; 50 ml Probówka wirówkowa PP o wysokiej czystości, stożkowe dno, sterylna</td></tr><tr><td>wirówka</td><td>GMI</td><td>N/A</td><td>Sorvall RT6000D, GMI, USA</td></tr><tr><td>Bezwodny chlorek wapnia</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>C1016</td><td></td></tr><tr><td>MiliQ woda Millipore</td><td></td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Milipory 0,22 i mikro; m filters</td><td>Millipore</td><td>SLGS033SB</td><td>Filtr strzykawkowy Millex-GS, 0.22&nbsp; &mikro; M, Mieszane estry celulozy, 33&nbsp; mm, tlenek etylenu sterylizowany</td></tr><tr><td>Reometr oscylacyjny MCR 302</td><td>Anton Paar</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Przyrząd pomiarowy reometru CP25</td><td>Anton Paar</td><td>79038</td><td>Stożkowa geometria płytki do reometru</td></tr><tr><td>RheoCompass</td><td>Anton Paar</td><td>N/A</td><td>Oprogramowanie sterujące reometrem MCR 302</td></tr><tr><td>Skaningowy mikroskop elektronowy</td><td>Hitachi</td><td>N/A</td><td>SEM, Hitachi SU-3500 Zmienne ciśnienie</td></tr><tr><td>Paraformaldehyd, 96%, ekstra czysty</td><td>Acros Organics</td><td>416785000</td><td></td></tr><tr><td>Dulbecco modyfikowane podłoże orła (DMEM)</td><td>Gibco</td><td>11965092</td><td></td></tr><tr><td>Antybiotyk/Roztwór przeciwgrzybiczy (100X) stabilizowany</td><td>Sigma</td><td>A5955</td><td></td></tr><tr><td>Płodowa surowica bydlęca</td><td>Bioprodukty</td><td>080-150</td><td></td></tr><tr><td>Kolby do hodowli komórkowych T-75</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>CLS430641</td><td>75 cm2 Obróbka powierzchni TC</td></tr><tr><td>Biodrukarka 3D BioScaffolder 3.1</td><td>GeSiM</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Oprogramowanie</td><td>GeSim GeSiM</td><td>N/A</td><td>Oprogramowanie sterujące BioScaffolder 3.1</td></tr><tr><td>10cc Odporny na promieniowanie UV</td><td>EFD Nordson</td><td>7012126</td><td></td></tr><tr><td>Zaślepka</td><td>EFD Nordson</td><td>7014472</td><td></td></tr><tr><td>Zaślepka końcówki</td><td>EFD Nordson</td><td></td><td></td></tr><tr><td>7014469 Tłok&nbsp;</td><td>EFD Nordson</td><td>7012182</td><td></td></tr><tr><td>Dysza nierdzewna G25</td><td>EFD Nordson</td><td>7018345</td><td></td></tr><tr><td>Kąpiel wodna</td><td>VWR</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Agaroza</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A9539</td><td>Bioreodczynnik do biologii molekularnej</td></tr><tr><td>Costar płytki 6-dołkowe&nbsp;</td>Płytki wielodołkowe <td>Corning</td><td>3516</td><td>z powłoką TC, pakowane pojedynczo, sterylne&nbsp;</td></tr><tr><td>Konfokalny mikroskop odwrócony z wirującym dyskiem</td><td>Olympus Life Science</td><td>N/A</td><td>Olympus IX83</td></tr><tr><td>MTS zestaw testowy</td><td>Promega</td><td>G3582</td><td>CellTiter 96&reg; AQueous&nbsp; Test proliferacji komórek w jednym roztworze&nbsp;</td></tr><tr><td>Zestaw do cytotoksyczności żywotności żywej/martwej</td><td>Sondy molekularne, ThermoFisher Scientific</td><td>L3224</td><td></td></tr><tr><td>Trypsyna 0,25/EDTA 1X</td><td>Gibco</td><td>25200-072</td><td></td></tr><tr><td>Corning 96-dołkowa płytka Corning</td><td></td><td>3595</td><td>Przezroczysta mikropłytka z polistyrenu z płaskim dnem i poddana działaniu TC, indywidualnie pakowana, z pokrywką o niskiej parowaniu, sterylny</td></tr><tr><td>autoklaw Tuttnauer</td><td>Heidolph Brinkmann</td><td>N/A</td><td>Sterylizator autoklawu Heidolph Tuttnauer 2540E Model elektroniczny z 4 tacami ze stali nierdzewnej, pojemność 23L</td></tr><tr><td>Trypan niebieski</td><td>Invitrogen&nbsp;</td><td>T10282</td><td>0,4% roztwór</td></tr><tr><td>Etanol</td><td>Alkohole handlowe</td><td>P016EA95</td><td>Alkohole specjalistyczne Greenfield</td></tr><tr><td>CO2 Inkubator</td><td>Panasonic</td><td>N/A</td><td>MCO 19AIC-PA</td></tr><tr><td>&nbsp;</td><td>SP Scientific</td><td>N/A</td><td>Virtis Sentry 2.0</td></tr><tr><td>SolidWorks</td><td>Dassault Systems</td><td>N/A</td><td>Oprogramowanie CAD używane do budowy demonstracyjnego modelu przypominającego śmigło</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>Oprogramowanie do programowania MathWorks</td><td>N/A</td><td>używane do generowania G-code dla BioScaffolder 3.1</td></tr></tbody></table>

biodrukowalny hydrożel alginianowo-żelatynowy 3d systemy modelowe in vitro indukują tworzenie sferoidów komórkowych

Bioprintable Alginate/Gelatin Hydrogel 3D In Vitro Model Systems Induce Cell Spheroid Formation

Komórkowa, biochemiczna i biofizyczna heterogeniczność rodzimego mikrośrodowiska guza nie jest rekapitulowana przez hodowanie unieśmiertelnionych linii komórek rakowych przy użyciu konwencjonalnej dwuwymiarowej (2D) hodowli komórek. Wyzwania te można przezwyciężyć, wykorzystując techniki biodruku do budowy heterogenicznych trójwymiarowych (3D) modeli nowotworów, w których osadzone są różne typy komórek. Alginian i żelatyna to dwa z najczęstszych biomateriałów stosowanych w biodruku ze względu na ich biokompatybilność, biomimikrę i właściwości mechaniczne. Łącząc te dwa polimery, uzyskaliśmy biodrukowalny kompozytowy hydrożel o podobieństwach do mikroskopijnej architektury rodzimego zrębu guza. Zbadaliśmy drukowność kompozytu hydrożelowego za pomocą reologii i uzyskaliśmy optymalne okno drukowania. Komórki raka piersi i fibroblasty zostały osadzone w hydrożelach i wydrukowane w celu utworzenia modelu 3D naśladującego mikrośrodowisko in vivo. Biodrukowany model heterogeniczny osiąga wysoką żywotność w długotrwałej hodowli komórkowej (> 30 dni) i wspomaga samoorganizację komórek raka piersi w wielokomórkowe sferoidy guza (MCTS). W tym modelu zaobserwowaliśmy migrację i interakcję komórek fibroblastów związanych z rakiem (CAF) z MCTS. Wykorzystując biodrukowane platformy hodowli komórkowych jako systemy kohodowli, oferuje unikalne narzędzie do badania zależności nowotworzenia od składu zrębu. Technika ta charakteryzuje się wysoką przepustowością, niskimi kosztami i wysoką odtwarzalnością, a także może stanowić alternatywny model dla konwencjonalnych hodowli jednowarstwowych komórek i zwierzęcych modeli nowotworów do badania biologii raka.

Badanie zależności od temperatury wykazuje wyraźną różnicę dla prekursora A3G7 w porównaniu do 25 °C i 37 °C. Prekursor jest ciekły w 37 °C i ma złożoną lepkość 1938,1 ± 84,0 mPa·s, co jest potwierdzone przez wyższą wartość G" niż G'. W miarę obniżania temperatury prekursor ulega żelowaniu fizycznemu z powodu samorzutnego fizycznego splątania cząsteczek żelatyny w strukturę trójhelisy29,30. Wartości G' i G" rosną i zbliżają się do...

Opracowaliśmy heterogeniczny model raka piersi składający się z unieśmiertelnionych komórek guza i fibroblastów osadzonych w biodrukowalnym biotuszu alginian/żelatyna. Model podsumowuje mikrośrodowisko guza in vivo i ułatwia tworzenie wielokomórkowych sferoid guza, dostarczając informacji na temat mechanizmów napędzających nowotworzenie nowotworów.

Biodrukowalny hydrożel alginianowo-żelatynowy 3D Systemy modelowe in vitro indukują tworzenie sferoidów komórkowych

The cellular, biochemical, and biophysical heterogeneity of the native tumor microenvironment is not recapitulated by growing immortalized cancer cell ...

Ta metoda może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie biologii raka, takie jak powstawanie nowotworów, śledzenie migracji komórek oraz sygnalizacja raka i zdrowych komórek. Główną zaletą tej techniki jest to, że pozwala nam badać nowotworzenie w środowisku 3D wraz z komórkami zrębu, takimi jak fibroblasty, przy niskich kosztach i wysokiej odtwarzalności. Ważne jest, aby upewnić się, że materiały są zarówno biodrukowalne, jak i biofunkcjonalne, co wymaga ilościowych badań ich właściwości reologicznych i kompatybilności komórek.Wizualna demonstracja tej metody ma kluczowe znaczenie, ponieważ etapy przygotowania hydrożelu i mieszania hydrożelu komórkowego są trudne do nauczenia, ponieważ tworzenie się pęcherzyków zakłóca wierność wydrukowanego modelu. W komorze bezpieczeństwa biologicznego wymieszaj trzy gramy alginianu i siedem gramów żelatyny w proszku w 250-mililitrowej zlewce. Dodaj mieszadło magnetyczne i 100 mililitrów DPBS.Uszczelnij zlewkę sterylną folią parafinową i folią aluminiową, aby uniknąć zanieczyszczenia. Następnie pokaż uczestnikowi unikalne i specyficzne wykresy biegunowe, które odpowiadają jego wzorcom elektromiografii lub EMG. Następnie kontynuuj mies

bioprintable-alginategelatin-hydrogel-3d-vitro-model-systems-induce

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Poniższy protokół dostarcza techniki kapsułkowania komórek β trzustki w hydrożelach peptydowych PEG powstałych w wyniku reakcji fotoklikania tiolowo-enowego. Ta platforma materiałowa nie tylko oferuje cytokompatybilne mikrośrodowisko do enkapsulacji komórek, ale także umożliwia kontrolowane przez użytkownika szybkie odzyskiwanie struktur komórkowych utworzonych w hydrożelach.

Wytwarzanie i odzyskiwanie sferoid β-komórkowych z hydrożeli peptydowych PEG o skokowym wzroście

Bioprinter został użyty do stworzenia wzorzystych hydrożeli na bazie formy ofiarnej.  Formę poloksamerową zasypano drugim hydrożelem, a następnie wymywano, pozostawiając puste przestrzenie, które wypełniono trzecim hydrożelem. Metoda ta wykorzystuje szybką elucję i dobrą drukowność poloksamera do generowania złożonych architektur z biopolimerów.

Drukowanie termoczułych form odwróconych do tworzenia wzorzystych dwuskładnikowych hydrożeli do hodowli komórkowych 3D

Tutaj opisujemy szybki i elastyczny protokół tworzenia sferoid 3D komórek poprzez agregację komórek. Można go łatwo dostosować do wielu typów komórek i nadaje się do stosowania w różnych zastosowaniach, w tym w testach migracji komórek, inwazji lub anoikis, a także do obrazowania i ilościowego określania interakcji komórka-macierz.

Wydajna i elastyczna metoda agregacji komórek do produkcji sferoidów 3D

Ten protokół opisuje wytwarzanie elastycznych makroporowatych mikrokriożeli 3D poprzez integrację mikrofabrykacji z technologią kriożelacji. Po załadowaniu komórkami generowane są mikrotkanki 3D, które można łatwo wstrzyknąć in vivo w celu ułatwienia terapii regeneracyjnej lub złożyć w matryce do wysokoprzepustowych badań przesiewowych leków in vitro.

Mikrotkanki 3D do iniekcyjnej terapii regeneracyjnej i wysokoprzepustowych badań przesiewowych leków

Przedstawiona tutaj jest metoda biodruku 3D żelatyny metakryloilo.

Protokoły biodruku 3D biotuszy na bazie żelatyny i hydrożelu metakryloylowego

Celem tego protokołu jest bezpośrednie biodrukowanie komórek nabłonka piersi jako wielokomórkowych sferoid na wstępnie utworzonych sieciach śródbłonka, aby szybko stworzyć modele 3D kokultury piersi i śródbłonka, które mogą być wykorzystane do badań przesiewowych leków.

Bezpośrednie biodrukowanie wielokomórkowych sferoid piersi 3D na sieciach śródbłonka

Obecny protokół opisuje technikę wytwarzania sferoidów tkankowych na dużą skalę przy użyciu wydrukowanego w 3D urządzenia przypominającego stempel.

Generowanie sferoid tkankowych za pomocą wydrukowanego w 3D urządzenia przypominającego stempel

Przetwarzanie ścinaniem podczas tworzenia hydrożelu powoduje produkcję zawiesin mikrożelowych, które są cienkie jak ścinanie, ale szybko się restrukturyzują po usunięciu sił ścinających. Materiały te zostały wykorzystane jako matryca nośna do biodruku złożonych, obciążonych komórkami struktur. W tym miejscu opisano metody stosowane do produkcji łoża nośnego oraz kompatybilne biotusze.

Płynne żele agarozowe utworzone przez obróbkę ścinającą podczas żelowania do zawieszonego biodruku 3D

Tutaj prezentujemy protokół, który umożliwia szybką, solidną i tanią produkcję sferoid nowotworowych, a następnie enkapsulację hydrożelową. Ma szerokie zastosowanie, ponieważ nie wymaga specjalistycznego sprzętu. Byłoby to szczególnie przydatne do badania interakcji sferoida-matryca oraz budowania modeli fizjologii lub patologii tkanek in vitro.

Wytwarzanie i enkapsulacja sferoidów nowotworowych w hydrożelach glikolu polietylenowego do badania oddziaływań sferoida-matryca

To badanie przedstawia opłacalną i efektywną metodologię generowania struktur komórkowych 3D za pomocą systemu opartego na stemplach do tworzenia mikrostudzienek w formach agarozowych. System sprzyja tworzeniu się jednolitych sferoidów/organoidów, poprawiając w ten sposób interakcje komórkowe. Takie podejście zmniejsza zmienność eksperymentalną i wspiera zastosowania w testowaniu leków i inżynierii tkankowej.

Generowanie trójwymiarowych sferoidów/organoidów z dwuwymiarowych kultur komórkowych przy użyciu nowatorskiego urządzenia do stemplowania

Poznaj technikę bioprintingu 3D z użyciem hydrożelu alginianowo-żelatynowego do tworzenia sferoidów nowotworowych. Ta metoda umożliwia badanie interakcji komórek nowotworowych z fibroblastami w kontrolowanym środowisku in vitro.

Biodrukowalny hydrożel alginianowo-żelatynowy 3D Systemy modelowe in vitro indukują tworzenie sferoidów komórkowych

Przeglądaj więcej filmów