Trójwymiarowe akustyczne urządzenie montażowe do masowej produkcji sferoid komórkowych
13 października 2023
Sferoidy komórkowe były uważane za jeden z potencjalnych modeli w dziedzinie zastosowań biologicznych. W tym artykule opisano protokoły skalowalnego generowania sferoid komórkowych za pomocą urządzenia do montażu akustycznego 3D, które zapewnia wydajną metodę solidnego i szybkiego wytwarzania jednolitych sferoid komórkowych.
Modele 3D i wirtualne modele hodowli, takie jak sferoidy komórek, są szeroko stosowane w dziedzinie inżynierii genetycznej, modelowania opóźnionego i ogólnych badań przesiewowych. Nasze badania koncentrują się na opracowaniu zaawansowanej metody inżynieryjnej do wytwarzania sferoid lub innych modeli 3D i wirtualnych kultur o wysokiej jakości dla różnorodnych badań biologicznych. W obecnym protokole sferoidy rosły w rusztowaniu JAMA i są ostatecznie osiągane poprzez rozpuszczenie rusztowania, co powoduje dodatkowe zabiegi.
Spróbujemy akustycznie zmontować agregaty komórkowe w pożywce hodowlanej, aby umożliwić im wzrost w sferoidach bez rusztowania. W porównaniu z technikami montażu magnetycznego, fale akustyczne mogą bezpośrednio składać ogniwa w sposób bezrobotny bez potencjalnego toksycznego wpływu na komórki. Poza tym nasz protokół umożliwia składanie sferoid komórkowych w trójwymiarową matrycę, co znacznie zwiększa przepustowość.
Na początek wysterylizuj komorę urządzenia akustycznego 75% alkoholem przez pięć minut, a następnie wyczyść urządzenie sterylnym PBS i naświetlaj je światłem UV przez godzinę. Zamontuj sterylne urządzenie akustyczne na stoliku mikroskopowym, aby obserwować wnętrze komory z widokiem z góry. Mikroskop cyfrowy należy umieścić po stronie urządzenia, która jest wolna od przetworników PZT, umożliwiając obserwację wnętrza komory w widoku z boku.
Niezależnie podłącz przewody z trzech przetworników PZT szeregowo do trzech wzmacniaczy mocy i trzech kanałów wyjściowych generatorów funkcyjnych. Zaprogramuj ustawienia w generatorach funkcyjnych dla każdego przetwornika PZT, określając parametry, takie jak przebiegi sinusoidalne, częstotliwość i amplituda. Hodowla komórek 3CA w DMEM uzupełniona 10% FBS i 1% streptomycyną penicyliny w kolbie do hodowli komórek T25.
Gdy komórki osiągną 80% zlewanie się, przemyj kulturę dwukrotnie PBS. Po wyjęciu PBS dodaj dwa mililitry 0,05% trypsyny-EDTA do kolby i inkubuj w temperaturze 37 stopni Celsjusza w celu oderwania komórek. Dodaj dwa mililitry kompletnej pożywki do hodowli komórkowej do kolby, aby zatrzymać trypsynizację.
Przenieść zawiesinę komórek do 15-mililitrowej probówki i odwirować przy 200 G przez pięć minut. Aby przygotować roztwór biotuszu, należy wymieszać odpowiednią ilość zawiesiny komórek C3A ze sterylizowanym roztworem GelMA. Wstępnie wybarwić sferoidy komórek C3A dwoma roztworami do śledzenia komórek mikromolowych w temperaturze 37 stopni przez 20 minut.
Aby umyć komórki, najpierw usuń supernatant przez odwirowanie, a następnie dodaj świeżą pożywkę do hodowli komórkowych. Dodaj co najmniej dwa mililitry biotuszu do wysterylizowanej komory urządzenia akustycznego. Włącz generator funkcyjny i wzmacniacz mocy, aby zainicjować uruchamianie każdego przetwornika PZT w celu wygenerowania tablicy 3D agregatów komórek.
Sieciuj biotusz za pomocą niebieskiego światła przez 30 sekund, aby stworzyć rusztowania hydrożelowe 3D, akustycznie otaczające zmontowane agregaty komórkowe. Następnie ostrożnie przenieś rusztowanie hydrożelowe 3D z komory na szalkę Petriego. Pokrój go na małe kawałki za pomocą czystej brzytwy, a następnie dodaj pożywkę do hodowli komórkowych na szalkę Petriego.
Inkubować sferoidy komórek C3A w różnych punktach czasowych hodowli w jednym mililitrze PBS zawierającym jeden mikrolitr wapnia AM i dwa mikrolitry jodku propidyny przez 15 minut w temperaturze 37 stopni Celsjusza. Próbkę osadzoną w rusztowaniach hydrożelowych przepłukać dwukrotnie PBS. W przypadku odzyskanych sferoid przeprowadzić wirowanie przy 200 G przez pięć minut i dwukrotnie przemyć PBS.
Za pomocą mikroskopu fluorescencyjnego obserwuj sferoidy i uchwyć obrazy. Agregacje komórek zostały ułożone w regularny wzór 3D z tablicą kropek z zielonym sygnałem fluorescencyjnym. Zmontowane agregaty C3A GelMA stopniowo integrowały się i tworzyły ciasne sferoidy do trzeciego dnia, czemu towarzyszył wzrost średnicy sferoidy.
Żywotność sferoid komórkowych pozostawała dobra przed trzecim dniem, ale nieznacznie spadła po tygodniu hodowli. Uwolnione sferoidy zachowały dobrą morfologię sferyczną, z wąskim rozkładem wielkości wraz z pożądaną żywotnością i ekspresją albuminy.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Ten artykuł przedstawia metodę generowania sferydów komórkowych przy użyciu urządzenia do 3D akustycznego montażu. Takie podejście umożliwia wydajne i skalowalne wytwarzanie jednorodnych sferydów komórkowych, które są cenne w różnych zastosowaniach biologicznych.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Biologia komórki
- Modele hodowli 3D
- Techniki akustycznego montażu
Tło
- Sferydy komórkowe są ważne dla badań biologicznych.
- Tradycyjne metody mogą wymagać szkieletów, co może skomplikować proces.
- Fale akustyczne oferują nietoksyczną alternatywę dla montażu komórek.
- Wysokowydajny montaż jest kluczowy dla wydajności badań.
Cel badania
- Opracowanie metody wytwarzania wysokiej jakości sferydów komórkowych.
- Wyeliminowanie potrzeby używania szkieletów w formowaniu sferydów.
- Zwiększenie wydajności produkcji sferydów.
Stosowane metody
- Urządzenie do 3D akustycznego montażu do agregacji komórek.
- Środek hodowli dla wzrostu sferydów.
- Porównanie z technikami magnetycznego montażu.
- Protokół skalowalnej produkcji sferydów.
Główne wyniki
- Udane złożenie sferydów komórkowych bez szkieletów.
- Zwiększona wydajność w porównaniu z tradycyjnymi metodami.
- Nietoksyczne działanie fal akustycznych na komórki.
- Jednorodność wielkości i struktury sferydów.
Wnioski
- Metoda akustycznego montażu jest wydajna i skalowalna.
- Oferuje ona żywotną alternatywę dla formowania sferydów opartych na szkieletach.
- Ta technika może rozwijać badania biologiczne z wykorzystaniem modeli 3D.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
High-throughput, uniform cell spheroid production is a critical enabler for scalable 3D cell models in drug discovery and preclinical research. The described 3D acoustic assembly device addresses the need for reproducible, scaffold-supported spheroid fabrication, supporting predictive confidence in early-stage screening and disease modeling. This technology positions biopharma teams to accelerate assay development and translational workflows with enhanced biological relevance.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables robust generation of 3D cell aggregates for functional target interrogation.
- Supports biological de-risking by providing physiologically relevant models for pathway analysis.
- Facilitates predictive confidence in target validation through uniform spheroid morphology and viability.
Screening & Assay Development
- Delivers standardized, high-throughput spheroid arrays for quantitative compound screening.
- Improves assay reproducibility by minimizing size variability and manual handling.
- Prepares validated 3D biological systems for downstream phenotypic screening workflows.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with disease-relevant system requirements for translational biomarker studies.
- Enables continuity from discovery to preclinical validation by supporting scalable model generation.
- Reduces mechanistic ambiguity in preclinical models through controlled spheroid assembly.
Pipeline & Workflow Integration
This 3D acoustic assembly method integrates at the interface of early discovery and lead identification, providing a scalable platform for generating assay-ready spheroids and supporting preclinical model development.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification with physiologically relevant 3D models.
- Screening: Enables reproducible, quantitative outputs for compound evaluation in high-throughput formats.
- Analytics: Provides uniform spheroid size and viability metrics for comparative analysis across conditions.
- Translational Research: Facilitates alignment with disease models and biomarker studies when scaling to organoid systems.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable, scalable capability for diverse R&D programs requiring 3D cell models.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces biological variability in early-stage research.
- Operational Value: Streamlines spheroid production with labor-free, non-toxic assembly and high throughput.
- Strategic Value: Enhances go/no-go decision quality by enabling robust, scalable 3D model workflows.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization by providing reliable, reproducible preclinical data.
Implementation Considerations
- Requires expertise in acoustic device operation and 3D cell culture techniques.
- Needs access to specialized instrumentation, including PZT transducers and UV crosslinking systems.
- Demands cross-team standardization for reproducible spheroid fabrication and retrieval.
- Adaptation across cell types and model systems may require protocol optimization.
- Scaffold dissolution and retrieval steps must be validated for downstream assay compatibility.
