Name: Drukowany w 3D hipoksyjny rak na chipie do rekapitulacji patologicznej progresji raka litego (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-01-05T14:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 51 s
Description: Odkryj technologię bioprintingu 3D do tworzenia hipoksycznego modelu raka na chipie. Ta metoda umożliwia przewidywanie skuteczności leków i personalizowaną terapię przeciwnowotworową.

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

To badanie było wspierane przez National Research Foundation of Korea (NRF) finansowane przez Ministerstwo Edukacji (nr 2020R1A6A1A03047902 i NRF-2018H1A2A1062091) oraz rząd Korei (MSIT) (No. NRF-2019R1C1C1009606 i NRF-2019R1A3A3005437).

<ol><li>Jing, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Role+of+hypoxia+in+cancer+therapy+by+regulating+the+tumor+microenvironment%5BTitle%5D)+AND+%22Molecular+Cancer%22%5BJournal%5D)">Role of hypoxia in cancer therapy by regulating the tumor microenvironment.</a> Molecular Cancer. 18 (1), 157(2019).</li>
<li>Al Tameemi, W., Dale, T. P., Al-Jumaily, R. M. K., Forsyth, N. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hypoxia-modified+cancer+cell+metabolism%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Cell+and+Developmental+Biology%22%5BJournal%5D)">Hypoxia-modified cancer cell metabolism.</a> Frontiers in Cell and Developmental Biology. 7, 4(2019).</li>
<li>Petrova, V., Annicchiarico-Petruzzelli, M., Melino, G., Amelio, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+hypoxic+tumour+microenvironment%5BTitle%5D)+AND+%22Oncogenesis%22%5BJournal%5D)">The hypoxic tumour microenvironment.</a> Oncogenesis. 7 (1), 1-13 (2018).</li>
<li>Hockel, M., Vaupel, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tumor+hypoxia%3A+definitions+and+current+clinical%2C+biologic%2C+and+molecular+aspects%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+National+Cancer+Institute%22%5BJournal%5D)">Tumor hypoxia: definitions and current clinical, biologic, and molecular aspects.</a> Journal of the National Cancer Institute. 93 (4), 266-276 (2001).</li>
<li>Kim, H., Lin, Q., Glazer, P. M., Yun, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+hypoxic+tumor+microenvironment+in+vivo+selects+the+cancer+stem+cell+fate+of+breast+cancer+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Breast+Cancer+Research%22%5BJournal%5D)">The hypoxic tumor microenvironment in vivo selects the cancer stem cell fate of breast cancer cells.</a> Breast Cancer Research. 20 (1), 16(2018).</li>
<li>Jeong, G. S., Lee, J., Yoon, J., Chung, S., Lee, S. -H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Viscoelastic+lithography+for+fabricating+self-organizing+soft+micro-honeycomb+structures+with+ultra-high+aspect+ratios%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Viscoelastic lithography for fabricating self-organizing soft micro-honeycomb structures with ultra-high aspect ratios.</a> Nature Communications. 7 (1), 1-9 (2016).</li>
<li>Razian, G., Yu, Y., Ungrin, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Production+of+large+numbers+of+size-controlled+tumor+spheroids+using+microwell+plates%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%3AJoVE%22%5BJournal%5D)">Production of large numbers of size-controlled tumor spheroids using microwell plates.</a> Journal of Visualized Experiments:JoVE. (81), e50665(2013).</li>
<li>Nunes, A. S., Barros, A. S., Costa, E. C., Moreira, A. F., Correia, I. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+tumor+spheroids+as+in+vitro+models+to+mimic+in+vivo+human+solid+tumors+resistance+to+therapeutic+drugs%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnology+and+Bioengineering%22%5BJournal%5D)">3D tumor spheroids as in vitro models to mimic in vivo human solid tumors resistance to therapeutic drugs.</a> Biotechnology and Bioengineering. 116 (1), 206-226 (2019).</li>
<li>Wan, L., Neumann, C., LeDuc, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tumor-on-a-chip+for+integrating+a+3D+tumor+microenvironment%3A+chemical+and+mechanical+factors%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Tumor-on-a-chip for integrating a 3D tumor microenvironment: chemical and mechanical factors.</a> Lab on a Chip. 20 (5), 873-888 (2020).</li>
<li>Nam, H., Funamoto, K., Jeon, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cancer+cell+migration+and+cancer+drug+screening+in+oxygen+tension+gradient+chip%5BTitle%5D)+AND+%22Biomicrofluidics%22%5BJournal%5D)">Cancer cell migration and cancer drug screening in oxygen tension gradient chip.</a> Biomicrofluidics. 14 (4), 044107(2020).</li>
<li>Palacio-Castañeda, V., Kooijman, L., Venzac, B., Verdurmen, W. P., Le Gac, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metabolic+switching+of+tumor+cells+under+hypoxic+conditions+in+a+tumor-on-a-chip+model%5BTitle%5D)+AND+%22Micromachines%22%5BJournal%5D)">Metabolic switching of tumor cells under hypoxic conditions in a tumor-on-a-chip model.</a> Micromachines. 11 (4), 382(2020).</li>
<li>Ronaldson-Bouchard, K., Vunjak-Novakovic, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Organs-on-a-chip%3A+a+fast+track+for+engineered+human+tissues+in+drug+development%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Stem+Cell%22%5BJournal%5D)">Organs-on-a-chip: a fast track for engineered human tissues in drug development.</a> Cell Stem Cell. 22 (3), 310-324 (2018).</li>
<li>Mi, S., Du, Z., Xu, Y., Sun, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+crossing+and+integration+between+microfluidic+technology+and+3D+printing+for+organ-on-chips%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Chemistry+B%22%5BJournal%5D)">The crossing and integration between microfluidic technology and 3D printing for organ-on-chips.</a> Journal of Materials Chemistry B. 6 (39), 6191-6206 (2018).</li>
<li>Yi, H. -G., Lee, H., Cho, D. -W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+printing+of+organs-on-chips%5BTitle%5D)+AND+%22Bioengineering%22%5BJournal%5D)">3D printing of organs-on-chips.</a> Bioengineering. 4 (1), 10(2017).</li>
<li>Yi, H. -G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+bioprinted+human-glioblastoma-on-a-chip+for+the+identification+of+patient-specific+responses+to+chemoradiotherapy%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">A bioprinted human-glioblastoma-on-a-chip for the identification of patient-specific responses to chemoradiotherapy.</a> Nature Biomedical Engineering. 3 (7), 509-519 (2019).</li>
<li>Kang, T. -Y., Hong, J. M., Jung, J. W., Yoo, J. J., Cho, D. -W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+assessment+of+a+microfluidic+network+system+for+oxygen+transport+in+engineered+tissue%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Design and assessment of a microfluidic network system for oxygen transport in engineered tissue.</a> Langmuir. 29 (2), 701-709 (2013).</li>
<li>Woo Jung, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+the+effective+diffusivity+of+a+freeform+fabricated+scaffold+using+computational+simulation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Evaluation of the effective diffusivity of a freeform fabricated scaffold using computational simulation.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 135 (8), (2013).</li>
<li>Brown, A. C., De Beer, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+a+stereolithography+%28STL%29+slicing+and+G-code+generation+algorithm+for+an+entry+level+3-D+printer%5BTitle%5D)+AND+%222013+Africon+%28IEEE%29%22%5BJournal%5D)">Development of a stereolithography (STL) slicing and G-code generation algorithm for an entry level 3-D printer.</a> 2013 Africon (IEEE). , 1-5 (2013).</li>
<li>Shim, J. -H., Lee, J. -S., Kim, J. Y., Cho, D. -W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bioprinting+of+a+mechanically+enhanced+three-dimensional+dual+cell-laden+construct+for+osteochondral+tissue+engineering+using+a+multi-head+tissue%2Forgan+building+system%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Micromechanics+and+Microengineering%22%5BJournal%5D)">Bioprinting of a mechanically enhanced three-dimensional dual cell-laden construct for osteochondral tissue engineering using a multi-head tissue/organ building system.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 22 (8), 085014(2012).</li>
<li>Gillispie, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+methodologies+for+extrusion-based+bioink+printability%5BTitle%5D)+AND+%22Biofabrication%22%5BJournal%5D)">Assessment methodologies for extrusion-based bioink printability.</a> Biofabrication. 12 (2), 022003(2020).</li>
<li>Kim, B. S., Das, S., Jang, J., Cho, D. -W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Decellularized+extracellular+matrix-based+bioinks+for+engineering+tissue-and+organ-specific+microenvironments%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Decellularized extracellular matrix-based bioinks for engineering tissue-and organ-specific microenvironments.</a> Chemical Reviews. 120 (19), 10608-10661 (2020).</li>
</ol>

Autorzy nie ujawnili żadnych informacji.

W tym badaniu opisujemy proces wytwarzania niedotlenionego nowotworu na chipie opartego na technologii drukowania komórek 3D. Powstawanie gradientu hipoksyjnego w zaprojektowanym chipie zostało przewidziane za pomocą symulacji komputerowych. Środowisko, które może wywołać niejednorodny gradient hipoksyjny, zostało odtworzone za pomocą prostej strategii łączącej wydrukowaną w 3D barierę przepuszczalną dla gazów i szklaną pokrywę. Związane z niedotlenieniem patologiczne cechy glejaka, w tym pseudopalisada i niewielka popul...

Mikrośrodowisko raka jest krytycznym czynnikiem napędzającym postęp nowotworu. Wiele składników, w tym sygnały biochemiczne, biofizyczne i komórkowe, określa patologiczne cechy raka. Wśród nich niedotlenienie jest silnie związane z przeżywalnością, proliferacją i inwazją raka1. Ze względu na nieograniczony wzrost i podział komórek rakowych, składniki odżywcze i tlen są stale wyczerpywane, co powoduje powstanie gradientu niedotlenienia. W warunkach niskiego poziomu tlenu komórki aktywują kaskadę molekularną związaną z czynnikiem transkrypcyjnym indukowanym hipoksją (HIF). Proces ten indukuje martwiczy rdzeń, wyzwala zmiany metaboliczne oraz inicjuje przerost naczyń krwionośnych i przerzuty2,3. Następnie niedotlenienie w komórkach nowotworowych powoduje zniszczenie sąsiednich normalnych tkanek. Ponadto niedotlenienie jest silnie związane z opornością terapeutyczną guzów litych w sposób wieloczynnikowy. Niedotlenienie może poważnie utrudnić radioterapię, ponieważ wrażliwość na promieniowanie jest ograniczona ze względu na reaktywne formy tlenu1,4. Ponadto obniża poziom pH w mikrośrodowiskach nowotworowych, co zmniejsza akumulację leków1. Dlatego odtwarzanie cech patologicznych związanych z hipoksją in vitro jest obiecującą strategią dla wyników naukowych i przedklinicznych.
Modelowanie specyficznego mikrośrodowiska raka jest niezbędne do zrozumienia rozwoju raka i zbadania odpowiednich metod leczenia. Chociaż modele zwierzęce są szeroko stosowane ze względu na ich silne znaczenie fizjologiczne, istnieją problemy związane z różnicami gatunkowymi i problemami etycznymi5. Co więcej, chociaż konwencjonalne modele 2D i 3D pozwalają na manipulację i obrazowanie komórek nowotworowych w czasie rzeczywistym w celu dogłębnej analizy, ich złożoności architektonicznej i komórkowej nie można w pełni podsumować. Na przykład modele sferoidalne raka są szeroko stosowane, ponieważ agregacja komórek rakowych w sferoidzie może naturalnie generować niedotlenienie w rdzeniu. Co więcej, duża liczba sferoid komórkowych o jednakowej wielkości została wyprodukowana przy użyciu systemów wielodołkowych na bazie tworzywa sztucznego lub silikonu6,7. Jednak mniejsza elastyczność w odniesieniu do uchwycenia dokładnej heterogenicznej struktury tkanek nowotworowych za pomocą konwencjonalnych platform wymagała ustanowienia zaawansowanej technologii biofabrykacji w celu zbudowania wysoce biomimetycznej platformy w celu usprawnienia badań nad rakiem8.
3D mikrofizjologiczne systemy (MPS) są użytecznymi narzędziami do podsumowania złożonej geometrii i patologicznego postępu komórek nowotworowych9. Ponieważ komórki nowotworowe wyczuwają biochemiczny gradient czynników wzrostu i chemokin oraz mechaniczną heterogeniczność odtwarzaną w systemie, ważne cechy rozwoju raka mogą być badane in vitro. Na przykład żywotność raka, nowotwór złośliwy z przerzutami i oporność na leki w zależności od różnych stężeń tlenu badano za pomocą MPSs10,11. Pomimo najnowszych osiągnięć, generowanie warunków hipoksyjnych modeli in vitro opiera się na złożonych procedurach produkcyjnych, w tym połączeniu z fizycznymi pompami gazowymi. Dlatego potrzebne są proste i elastyczne metody budowania mikrośrodowisk specyficznych dla raka.
Technologia druku 3D komórek zyskała znaczną uwagę ze względu na precyzyjną kontrolę przestrzennego rozmieszczenia biomateriałów w celu podsumowania rodzimych architektur biologicznych12. W szczególności technologia ta przezwycięża istniejące ograniczenia modeli hipoksji 3D ze względu na jej wysoką sterowalność i wykonalność w budowaniu cech przestrzennych mikrośrodowiska nowotworu. Druk 3D ułatwia również produkcję wspomaganą komputerowo poprzez proces warstwa po warstwie, zapewniając w ten sposób szybką, dokładną i powtarzalną konstrukcję złożonych geometrii, które naśladują rzeczywiste architektury tkanek. Oprócz zalet istniejących strategii produkcji MPS 3D, patofizjologiczne cechy progresji raka można odtworzyć poprzez tworzenie wzorców komponentów biochemicznych, komórkowych i biofizycznych13,14.
Tutaj prezentujemy strategię drukowania komórek 3D dla niedotlenionego raka na chipie w celu podsumowania heterogeniczności raka litego (<silna klasa="xfig">Rysunek 1)15. Parametry wytwarzania określono za pomocą symulacji obliczeniowej powstawania centralnego niedotlenienia w systemie. Koncentryczne pierścienie rakowo-zrębowe wydrukowano przy użyciu biotuszy kolagenowych zawierających komórki glejaka i komórki śródbłonka, aby naśladować patofizjologię glejaka, rodzaju raka litego. Tworzenie promienistego gradientu tlenu pogorszyło złośliwość raka, wskazując na zwiększoną agresywność. Ponadto wskazujemy perspektywy na przyszłość dla zastosowań chipa w modelach przedklinicznych specyficznych dla pacjenta. Oczekuje się, że proponowane podejście do stworzenia systemu mikrofizjologicznego imitującego raka w stanie stałym wypełni lukę między modelami raka in vivo i in vitro.

<table><tbody><tr><td><silne>komórki</silne></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ludzkie komórki śródbłonka żyły pępowinowej</td><td>Promocell</td><td>C-12200</td><td></td></tr><tr><td>U-87 MG komórki</td><td>ATCC</td><td>ATCC HTB-14</td><td></td></tr><tr><td>Jednorazowe</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>0,2 &mu; m filtr strzykawkowy</td><td>Sartorius</td><td>16534-K</td><td></td></tr><tr><td>10 ml jednorazowa strzykawka</td><td>Jung Rim</td><td>10ml 21G32</td><td></td></tr><tr><td>10 ml szklana fiolka</td><td>Hubena</td><td>A0039</td><td></td></tr><tr><td>10 ml Serologiczna końcówka do pipety</td><td>SPL lifescience</td><td>91010</td><td></td></tr><tr><td>15 mL rurka stożkowa</td><td>SPL lifescience</td><td>50015</td><td></td></tr><tr><td>18G igła z tworzywa sztucznego inżynieria</td><td></td> <td>MusashiPN-18G-B</td><td></td></tr><tr><td>20G plastikowa stożkowa końcówka dozująca</td><td>Musashi engineering</td><td>TPND-20G-U</td><td></td></tr><tr><td>22x50 szklana pokrywa</td><td>MARIENFIELD</td><td>0101142</td><td></td></tr><tr><td>25 mL Serologiczna końcówka do pipety</td><td>SPL lifescience</td><td>90125</td><td></td></tr> 3 <tr><td>mL jednorazowe strzykawki</td><td>HENKE-JET</td><td>4020-X00V0</td><td></td></tr><tr><td>40 &micro; m Sitko do komórek</td><td>Falcon</td><td>352360</td><td></td></tr><tr><td>5 ml Serologiczna końcówka do pipety</td><td>SPL lifescience</td><td>91005</td><td></td></tr><tr><td>50 ml rurka stożkowa</td><td>SPL lifescience</td><td>50050</td><td></td></tr><tr><td>50 mL Serologiczna końcówka do pipety</td><td>SPL lifescience</td><td>90150</td><td></td></tr><tr><td>50N dysza precyzyjna</td><td>Musashi engineering</td><td>HN-0.5ND</td><td></td></tr><tr><td>Folia aluminiowa</td><td>SINKWANG</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Końcówki kapilarne</td><td>Gilson</td><td>CP1000</td><td></td></tr><tr><td>Skrobak do komórek</td><td>SPL lifescience</td><td>90030</td><td></td></tr><tr><td>Naczynie konfokalne</td><td>SPL lifescience</td><td>200350</td><td></td></tr><tr><td>Parafilm</td><td>Bemis</td><td>PM996</td><td></td></tr><tr><td>Wstępnie powlekane szkiełko histologiczne</td><td>MATSUNAMI</td><td>MAS-11</td><td></td></tr><tr><td>Zbiornik</td><td>SPL lifescience</td><td>23050</td><td></td></tr><tr><td>Kolba do hodowli komórkowych T-75</td><td>SPL lifescience</td><td>70075</td><td></td></tr><tr><td>Sprzęt</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>3DX drukarka</td><td>T& R Autoklaw Biofab</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>Wirówka JEIOTECH</td><td>AC-12</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Cyrozen</td><td>1580MGR</td><td></td></tr><tr><td>Konfokalna mikroskopia laserowa</td><td>Olympus Life Science</td><td>FV 1000</td><td></td></tr><tr><td>Mikroskop fluorescencyjny</td><td>FISHER SCEINTIFIC</td><td>O221S366</td><td></td></tr><tr><td>Kleszcz</td><td>Korea Ace Scientific</td><td>HC.203-30</td><td></td></tr><tr><td>Wskaźnik dłoni licznik</td><td>KTRIO</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Hemocytometr</td><td>MARIENFIELD</td><td>0650030</td><td></td></tr><tr><td>Inkubator</td><td>Panasonic</td><td>MCO-170AIC</td><td></td></tr><tr><td>Komora laminarna</td><td>DAECHUNG SCIENCE</td><td>CB-BMMS C-001</td><td></td></tr><tr><td>Metalowa strzykawka</td><td>IWASHITA engineering</td><td>SUS BARREL 10CC</td><td></td></tr><tr><td>Nożyczki operacyjne</td><td>Hirose</td><td>HC.13-122</td><td></td></tr><tr><td>Piekarnik</td><td>JEIOTECH</td><td>OF-12, H070023</td><td></td></tr><tr><td>Pipeta wyporowa</td><td>GILSON</td><td>NJ05652</td><td></td></tr><tr><td>Lodówka</td><td>SAMSUNG</td><td>CRFD-1141</td><td></td></tr><tr><td>Mikser Voltex</td><td>DAIHAN scientific</td><td>VM-10</td><td></td></tr><tr><td>Łaźnia wodna</td><td>DAIHAN SCIENTIFIC</td><td>WB-11</td><td></td></tr><tr><td>Oczyszczacz wody</td><td>WASSER LAB</td><td>DI-GR</td><td></td></tr><tr><td><mocny>Materiały</mocny></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>0,25 % Trypsyna-EDTA</td><td>Gibco</td><td>25200-072</td><td></td></tr><tr><td>10x PBS</td><td>Intron</td><td>IBS-BP007a</td><td></td></tr><tr><td>4% Paraformaldehyd</td><td>Biosesang</td><td></td><td></td></tr><tr><td>70% Etanol</td><td>Daejung</td><td>4018-4410</td><td></td></tr><tr><td>Przeciwciało anty-CD31</td><td>Abcam</td><td>ab28364</td><td></td></tr><tr><td>Przeciwciało anty-HIF-1 alfa</td><td>Abcam</td><td>ab16066</td><td></td></tr><tr><td>Przeciwciało anty-SHMT2/SHMT</td><td>Abcam</td><td>ab88664</td><td></td></tr><tr><td>Przeciwciało anty-SOX2</td><td>Abcam</td><td>ab75485</td><td></td></tr><tr><td>Albumina surowicy bydlęcej</td><td>Thermo scientific</td><td>J10857-22</td><td></td></tr><tr><td>Kolagen ze skóry świni</td><td>Dalim tissen</td><td>PC-001-1g</td><td></td></tr><tr><td>DAPI (4',6- Diamidino-2-fenyloindol, dichlorowodorek)</td><td>Thermofisher</td><td>D1306</td><td></td></tr><tr><td>Endothelial Cell Growth Medium-2</td><td>Promocell</td><td>C22011</td><td></td></tr><tr><td>Płodowa surowica bydlęca</td><td>Gibco</td><td>12483-020</td><td></td></tr><tr><td>Kozie przeciwciało wtórne anty-mysie IgG (H + L), Alexa Fluor 488</td><td>Theromofisher</td><td>A-11001</td><td></td></tr><tr><td>Kozia anty-królicza IgG (H + L) Adsorbowana krzyżowo wtórna Przeciwciało, Alexa Fluor 594</td><td>Theromofisher</td><td>A-11012</td><td></td></tr><tr><td>Dulbecco o wysokiej zawartości glukozy" s Zmodyfikowany hyklon Eagle Medium (DMEM)</td><td></td> <td>SH30243-0</td><td></td></tr><tr><td>Kwas solny</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>311413-100ML</td><td></td></tr><tr><td>Zestaw do oznaczania żywych/martwych</td><td>zwierząt Invitrogen</td><td>L3224</td><td></td></tr><tr><td>Mysz IgG1, kappa monoklonalny [15-6E10A7] - Kontrola izotypu</td><td>Abcam</td><td>ab170190</td><td></td></tr><tr><td>Penicylina/streptomycyna</td><td>Gibco</td><td>15140-122</td><td></td></tr><tr><td>Czerwień fenolowa roztwór</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P0290-100ML</td><td></td></tr><tr><td>Poli(etylen-octan winylu)&nbsp;</td><td>Poly science</td><td>06108-500</td><td></td></tr><tr><td>Polidimetylosiloksan</td><td>Dowhitech</td><td>sylgard 184</td><td></td></tr><tr><td>IgG królika, poliklonalny - Kontrola izotypu</td><td>Abcam</td><td>ab37415</td><td></td></tr><tr><td>Roztwór wodorotlenku sodu</td><td>Samchun</td><td>S0610</td><td></td></tr><tr><td>Triton X-100</td><td>Biosesang</td><td>TRI020-500-50</td><td></td></tr><tr><td>Trypan Blue</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>T8154</td><td></td></tr><tr><td>Software</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>COMSOL Multiphysics 3.5a</td><td>COMSOL AB</td><td></td><td></td></tr><tr><td>IMS beamer</td><td></td><td></td><td>oprogramowanie wewnętrzne</td></tr><tr><td>Pakiet SolidWorks Dassault</td><td>Systems SolidWorks Corporation</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

drukowany w 3d hipoksyjny rak na chipie do rekapitulacji patologicznej progresji raka litego

3D Cell-Printed Hypoxic Cancer-on-a-Chip for Recapitulating Pathologic Progression of Solid Cancer

Mikrośrodowisko raka ma znaczący wpływ na postęp choroby. W szczególności niedotlenienie jest kluczowym czynnikiem wpływającym na przeżycie raka, inwazję i chemooporność. Chociaż opracowano kilka modeli in vitro do badania patologii nowotworów związanych z hipoksją, złożone wzajemne oddziaływanie mikrośrodowiska nowotworu obserwowane in vivo nie zostało jeszcze odtworzone ze względu na brak precyzyjnej kontroli przestrzennej. Zamiast tego zaproponowano podejścia do biofabrykacji 3D w celu stworzenia systemów mikrofizjologicznych w celu lepszej emulacji ekologii raka i dokładnej oceny leczenia przeciwnowotworowego. W tym miejscu proponujemy podejście do drukowania komórek 3D w celu wytworzenia niedotlenionego raka na chipie. Składniki wywołujące niedotlenienie w chipie zostały określone na podstawie komputerowej symulacji rozkładu tlenu. Koncentryczne pierścienie rakowo-zrębowe zostały wydrukowane przy użyciu biotuszy zawierających komórki glejaka i komórki śródbłonka, aby podsumować rodzaj raka litego. Powstały w ten sposób chip doprowadził do centralnego niedotlenienia i zaostrzenia nowotworu złośliwego w nowotworze dzięki tworzeniu reprezentatywnych markerów patofizjologicznych. Ogólnie rzecz biorąc, oczekuje się, że proponowane podejście do stworzenia systemu mikrofizjologicznego imitującego raka w ciele stałym wypełni lukę między modelami in vivo i in vitro do badań nad rakiem.

Hipoksyjny model nowotworu na chipie (cancer-on-a-chip) opracowano z wykorzystaniem technologii komputerowego wspomagania 3D biodruku komórkowego, aby odtworzyć hipoksję oraz patologię związaną z nowotworami (Rysunek 1). Transport i zużycie tlenu zasymulowano przy użyciu modelu geometrii 3D. Chip zaprojektowano w formie koncentrycznych pierścieni, aby naśladować radialną dyfuzję i wyczerpywanie się tlenu w tkankach nowotworowych (Rysunek ...

Niedotlenienie jest cechą charakterystyczną mikrośrodowiska guza i odgrywa kluczową rolę w progresji raka. Ten artykuł opisuje proces wytwarzania niedotlenionego raka na chipie opartego na technologii drukowania komórek 3D w celu podsumowania patologii raka związanej z niedotlenieniem.

Drukowany w 3D hipoksyjny rak na chipie do rekapitulacji patologicznej progresji raka litego

Cancer microenvironment has a significant impact on the progression of the disease. In particular, hypoxia is the key driver of cancer survival, invasion, ...

Niedotlenienie jest kluczowym czynnikiem rozwoju raka, który indukuje niestabilność genomu i nowotworzenie się. Demonstrujemy metodę generowania centralnej hipoksji w raku litym in vitro w oparciu o technologię biodruku 3D. Korzystając z tej metody, gradient hipoksyjności radiowej można odtworzyć za pomocą prostej strategii, która łączy wydrukowaną w 3D barierę przepuszczalną dla gazów i szklaną pokrywę.Ta technologia on-a-chip w leczeniu niedotlenienia raka może być wykorzystywana do przewidywania skuteczności leków w celu ułatwienia przepisywania leków przeciwnowotworowych dostosowanych do potrzeb pacjenta. Oczekuje się również, że umożliwi szybką diagnozę agresywnych nowotworów. Aby pomóc w przygotowaniu trzymililitrowego zneutralizowanego roztworu żelu kolagenowego, pokrój 30-miligramowe gąbki kolagenowe na kawałki o wymiarach pięć na pięć milimetrów kwadratowych.Umieść kawałki w sterylnej szklanej fiolce o pojemności 10 mililitrów i dodaj 2,4 mililitra filtra strzykawkowego 0,2 mikrona, 0,1 normalnego kwasu solnego do fiolki na trzydniową inkubację w temperaturze czterech stopni Celsjusza i 15 obrotów na minutę. Po strawieniu przecedź niestrawione cząsteczki kolagenu przez sitko do komórek o wielkości 40 mikronów i przechowuj kwaśny roztwór kolagenu w temperaturze czterech stopni Celsjusza do siedmiu dni. Aby dostosować pH 1% zneutralizowanego roztworu kolagenu przed żelem, dodaj 30 mikrolitrów roztworu czerwieni fenolowej do końcowego stężenia 1% i 300 mikrolitrów 10X PBS do końcowego stężenia 10% Po wymieszaniu i odwirowaniu użyj jednego normalnego wodorotlenku sodu, aby zneutralizować pH do siedmiu, sprawdzając zmianę koloru i dodaj wodę destylowaną, aby uzyskać całkowitą objętość trzech mililitrów.Następnie przechowuj 1% zneutralizowany roztwór żelu kolagenowego o dostosowanym pH w temperaturze czterech stopni Celsjusza do użycia w ciągu trzech dni. Aby wstępnie sprawdzić żelowanie zneutralizowanego roztworu żelu wstępnego kolagenu, użyj pipety wyporowej, aby dodać 50 mikrolitrów kropelek kolagenu do małego naczynia i inkubować kropelki w inkubatorze o temperaturze 37 stopni Celsjusza przez godzinę. Pod koniec inkubacji sprawdź, czy kolagen zmienił kolor z przezroczystego na nieprzezroczysty biały.Przechyl pojemnik, aby upewnić się, że kolagen przylega do dna pojemnika. I wlej PBS na kropelkę, aby potwierdzić, że konstrukt kolagenowy nie rozpada się w roztworze. Aby wydrukować 3D ofiarną formę PEVA, kliknij Plik i zapisz typ pliku jako STL, aby przekonwertować plik CAD 3D na plik STL, a następnie kliknij Opcja i wyjdź formularz jako ASCII, aby wygenerować G-code.Aby zaimportować wygenerowany plik STL, kliknij Plik i otwórz plik STL i wybierz zapisany plik STL. Aby automatycznie wygenerować kod G formy protektorowej PEVA, należy wybrać model warstwowy wymiennika STL-CAD. Następnie, aby wygenerować ścieżki drukowania do produkcji chipów, użyj precyzyjnej dyszy o rozmiarze 50 przy ciśnieniu pneumatycznym 500 kilopaskali w temperaturze 110 stopni Celsjusza, aby wydrukować ofiarną formę PEVA na sterylnym kleju hydrofilowym szkiełku histologicznym.Aby odlać barierę PDMS, wymieszaj sześć mililitrów elastomeru bazowego PDMS i 600 mikrolitrów utwardzacza przez pięć minut w plastikowym zbiorniku i załaduj jednorodnie zmieszany roztwór do jednorazowej strzykawki o pojemności 10 mililitrów. Wyposaż strzykawkę w plastikową, stożkową końcówkę dozującą o średnicy 20 mm i napełnij ofiarną formę PEVA zmieszanym roztworem PDMS. Zmieszany PDMS wypełni tę ofiarną formę PEVA wypukłą powierzchnią, a bariera będzie wyższa niż w przypadku formy.Po utwardzeniu bariery PDMS w piekarniku o temperaturze 40 stopni Celsjusza przez ponad 36 godzin, aby uniknąć stopienia PEVA, użyj pęsety precyzyjnej, aby odłączyć protektorową formę PEVA i wysterylizować barierę przepuszczalną dla gazów w temperaturze 120 stopni Celsjusza w autoklawie. Aby wymieszać roztwór z komórkami rakowymi, ponownie zawieś każdy rodzaj zebranych osadów komórkowych w 20 mikrolitrach pożywki hodowlanej i dodaj jeden mililitr 1% zneutralizowanego roztworu żelu kolagenowego do każdej z zawieszonych zawiesin komórkowych na mokrym lodzie z delikatnym mieszaniem. Użyj pipety wyporowej, aby wymieszać każdą zawiesinę komórek.Po uzyskaniu jednorodnych roztworów użyj dodatniej pipety jednorazowej, aby przenieść biotusze kolagenowe w kapsułkach z komórkami do pojedynczych trzymililitrowych jednorazowych strzykawek i przechowywać strzykawki w temperaturze czterech stopni Celsjusza do momentu drukowania komórek 3D. Aby wydrukować 3D koncentryczne pierścienie rakowo-zrębowe, przekonwertuj odpowiedni plik CAD 3D na format pliku STL i użyj wymiennika STL-CAD do wygenerowania kodu G koncentrycznych pierścieni rak-zręb. Załaduj biotusze kolagenowe w kapsułkach do głowicy drukarki 3D i ustaw temperaturę głowicy i płytki na 15 stopni Celsjusza.Załaduj wygenerowaną ścieżkę drukowania do oprogramowania sterującego drukarki 3D i kliknij Start, aby wydrukować biotusze kolagenowe na barierę przepuszczalną dla gazów zgodnie z załadowanym kodem G za pomocą plastikowej igły o rozmiarze 18 przy ciśnieniu pneumatycznym około 20 kilopaskali w temperaturze 15 stopni Celsjusza. Pod koniec każdej operacji drukowania ręcznie umieść wysterylizowaną szklaną pokrywę o wymiarach 22 na 50 milimetrów na wierzchu bariery przepuszczającej gaz, aby wygenerować gradient hipoksji. Po wygenerowaniu trzech niedotlenionych chipów z rakiem na chipach, przenieś chipy do inkubatora o temperaturze 37 stopni Celsjusza na godzinę, aby usieciować biotusze kolagenowe.Po wydrukowaniu wszystkich niedotlenionych rakoserii na chipach, delikatnie przetrzyj szkła nakrywkowe na wierzchu barier przepuszczalnych dla gazów za pomocą skrobaka do komórek, aby uzyskać ścisłe połączenie. Aby odświeżyć pożywkę do hodowli komórkowej do chipów bez odłączania konstruktu rakowego, przechyl chipy i użyj pipety, aby wprowadzić 1,5 mililitra pożywki do wzrostu komórek śródbłonka z boku każdego chipa. Niedotlenienie nowotworu na chipie zostało zaprojektowane w postaci koncentrycznych pierścieni, aby naśladować promieniową dyfuzję i zubożenie tlenu obserwowane w tkankach nowotworowych.Po zdefiniowaniu objętości kontrolnej przestrzeni, w której tlen jest dyfundowany i zużywany przez komórki, można określić odpowiednią gęstość komórkową do generowania centralnej hipoksji za pomocą obliczeniowej analizy elementów skończonych. Po wydrukowaniu komórek 3D można utworzyć koncentryczną strukturę pierścienia rakowo-zrębowego w celu odtworzenia cech anatomicznych raka litego. Ilościowo, żywotność komórek po wydrukowaniu jest zwykle większa niż 96%, co potwierdza, że warunki produkcji są odpowiednie dla komórek rakowych i zrębowych.W tej reprezentatywnej analizie porównano dwie grupy pod względem obecności i braku gradientu tlenu, aby zweryfikować wpływ gradientu hipoksyjnego na progresję raka. W obu warunkach dojrzałe komórki śródbłonka CD31 dodatnie były obecne w regionach obwodowych, co wskazuje, że żywe konstrukty o przestrzennym wzorze zostały wytworzone przy użyciu technologii biodruku 3D. W porównaniu z ujemnym stanem gradientu tlenu, stan dodatni gradientu wykazał gradient niedotlenienia, wskazujący na stopniową ekspresję HIF1 alfa.Zaobserwowano również komórki pseudopalisadowe SHMT2 dodatnie i komórki pluripotencjalne SOX2-dodatnie, co wskazuje na obecność agresywnych cech patofizjologicznych raka litego. Niedotleniony rak na chipie jest użytecznym narzędziem do badania patofizjologicznych cech nowotworów litych oraz dynamicznego wzajemnego oddziaływania między komórkami nowotworowymi a mikrośrodowiskiem sprzyjającym nowotworzeniu. Ponieważ metodologia ta może zostać dostosowana do projektowania leków dostosowanych do potrzeb pacjenta w rozsądnych ramach czasowych, oczekuje się, że podejście to wypełni lukę między modelami raka in vivo i in vitro.

3d-cell-printed-hypoxic-cancer-on-chip-for-recapitulating-pathologic

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Opisujemy platformę opartą na chipie do trójwymiarowej hodowli komórek w mikrobioreaktorach. Jeden chip może pomieścić do 10 Mio. komórek, które mogą być hodowane w precyzyjnie określonych warunkach pod kątem przepływu cieczy, ciśnienia tlenu itp. w sterylnym, zamkniętym obiegu.

Trójwymiarowa hodowla komórek na chipie w przepływowych mikrobioreaktorach

Ta metoda ocenia inwazję komórek rakowych ze sferoid na otaczającą matrycę 3D.  Sferoidy są generowane metodą hodowli wiszącej kropli, a następnie osadzane w matrycy składającej się z materiałów błonowych i kolagenu typu I.  Inwazja sferoid jest następnie monitorowana.

Test sferoidalny komórek rakowych do oceny inwazji w warunkach 3D

Tutaj opisana jest metoda przygotowania trójwymiarowej (3D) sferoidalnej kokultury komórek raka trzustki i fibroblastów, a następnie pomiaru funkcji metabolicznych za pomocą analizatora strumienia zewnątrzkomórkowego.

Otrzymywanie i oznaczanie metaboliczne 3-wymiarowych sferoidalnych kokultur komórek raka trzustki i fibroblastów

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

Opisujemy metodę konstruowania urządzeń do hodowli 3D i eksperymentowania z komórkami i organoidami wielokomórkowymi. Urządzenie to umożliwia analizę odpowiedzi komórkowych na sygnały rozpuszczalne w mikrośrodowiskach 3D ze zdefiniowanymi gradientami chemoatraktantu. Organoidy są lepsze niż pojedyncze komórki w wykrywaniu słabych hałaśliwych sygnałów.

Analiza 3D wielokomórkowych odpowiedzi na gradienty chemoatraktantu

Prezentujemy mikroprzepływowy model raka na chipie, technologię "Akcelerator Ewolucji", która zapewnia kontrolowaną platformę do długoterminowych badań ilościowych dynamiki raka w czasie rzeczywistym w dobrze zdefiniowanych warunkach środowiskowych na poziomie pojedynczej komórki. Oczekuje się, że technologia ta sprawdzi się jako model in vitro do badań podstawowych lub przedklinicznego opracowywania leków.

Generowanie heterogenicznych gradientów leków w różnych populacjach nowotworów w akceleratorze ewolucji mikroprzepływowej do obserwacji w czasie rzeczywistym

Tutaj prezentujemy protokół przygotowania i hodowli mikrośrodowiska przerzutowego guza bariery krew-mózg, a następnie ilościowego określenia jego stanu za pomocą obrazowania konfokalnego i sztucznej inteligencji (uczenia maszynowego).

Kwantyfikacja mikrośrodowiska guza z przerzutami do mózgu za pomocą modelu 3D Organ-On-A Chip, uczenia maszynowego i tomografii konfokalnej

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

Tutaj prezentujemy protokoły, które szczegółowo opisują instrukcje dotyczące wdrażania hodowli komórkowych 3D przy użyciu matryc kolagenowych i kolagenowo-agarozowych w systemie mikrofizjologicznym. Protokoły te wspierają kogenerację kanalików proksymalnych nerek i sferoidów raka nerkowokomórkowego, symulując warunki in vivo i umożliwiając zaawansowane badania interakcji komórek raka nerki.

Kohodowla mikroprzepływowa zdrowych nerek i nabłonka guza w celu modelowania progresji raka nerki

Istnieje krytyczna potrzeba modeli 3D raka, które rejestrują przesłuchy heterokomórkowe do badania przerzutów nowotworowych. Nasze badanie przedstawia wytwarzanie heterowielokomórkowego nabłonka podścielisko-podścieliskowego w środowisku wolnym od rusztowań i rusztowań, które można wykorzystać do badania inwazji i przestrzennych rozkładów komórkowych.

Heterowielokomórkowe komórki zrębu w wolnych od rusztowań hodowlach 3D nabłonkowych komórek nowotworowych w celu napędzania inwazji

Protokół ten zawiera szczegółowy opis wytwarzania, hodowli i analizy chłoniaka z komórek płaszcza w wydrukowanych w 3D hydrożelowych plastrach guza.

Biodruk hydrożelowych plastrów guza jako model 3D chłoniaka z komórek płaszcza

Odkryj technologię bioprintingu 3D do tworzenia hipoksycznego modelu raka na chipie. Ta metoda umożliwia przewidywanie skuteczności leków i personalizowaną terapię przeciwnowotworową.

Drukowany w 3D hipoksyjny rak na chipie do rekapitulacji patologicznej progresji raka litego

Przeglądaj więcej filmów