Name: Modelowanie glikokaliksu śródbłonka po pneumonektomii w chipie fluidycznym 3D - podejście do wytwarzania systemu narządów na chipie opartych na naczyniach krwionośnych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-09-16T13:20:00.000+00:00
Duration: 6 min 12 s
Description: Poznaj metodę budowy systemu organ-on-chip do badania glikokaliksu śródbłonka po pneumonektomii. Model ten pozwala analizować uszkodzenia glikokaliksu i ich wpływ na powikłania chirurgiczne.

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

Autorzy pragną wyrazić naszą najgłębszą wdzięczność Wydziałowi Inżynierii Biomedycznej Instytutu Politechniki w Worcester za wsparcie i wskazówki. Chcielibyśmy złożyć specjalne podziękowania Megan Ouellette, Johnowi Martelowi i Sudish Vengat za ich wspólne wysiłki i innowacyjne pomysły, które znacznie poprawiły jakość i rentowność tych badań. Ponadto chcielibyśmy podziękować Samancie Cocchiaro i Udai Rattan za ich wkład w laboratorium oraz ich niezbędne wsparcie i pomoc.

<ol><li>Sharma, S., Beshara, M., Bora, V. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSharma%2C+S+%22Pneumonectomy%22">Pneumonectomy</a>. , StatPearls Publishing LLC. (2024).</li>
<li>Grapatsas, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pneumonectomy+for+primary+lung+tumors+and+pulmonary+metastases%3A+a+comprehensive+study+of+postoperative+morbidity%2C+early+mortality%2C+and+preoperative+clinical+prognostic+factors%5BTitle%5D)+AND+%22Curr.+Oncol%22%5BJournal%5D)">Pneumonectomy for primary lung tumors and pulmonary metastases: a comprehensive study of postoperative morbidity, early mortality, and preoperative clinical prognostic factors.</a> Curr. Oncol. 30 (11), 9458-9474 (2023).</li>
<li>Lucas, G. F. N., James, M. I., David, R. J., Victor, E. L. Chapter 24. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLucas%2C+GFN+%22Topics+in+thoracic+surgery%22">Topics in thoracic surgery</a>. Guerreiro Cardoso, P. F. , IntechOpen. (2012).</li>
<li>Sentenac, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pulmonary+hypertension+after+pneumonectomy%3A+a+preclinical+model+in+rats+and+human+pulmonary+endothelial+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+J.+Cardiothorac.+Surg%22%5BJournal%5D)">Pulmonary hypertension after pneumonectomy: a preclinical model in rats and human pulmonary endothelial cells.</a> Eur. J. Cardiothorac. Surg. 59 (1), 147-154 (2020).</li>
<li>Russo, T. A., Banuth, A. M. M., Nader, H. B., Dreyfuss, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Altered+shear+stress+on+endothelial+cells+leads+to+remodeling+of+extracellular+matrix+and+induction+of+angiogenesis%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Altered shear stress on endothelial cells leads to remodeling of extracellular matrix and induction of angiogenesis.</a> PLoS One. 15 (11), e0241040(2020).</li>
<li>Milusev, A., Rieben, R., Sorvillo, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+endothelial+glycocalyx%3A+a+possible+therapeutic+target+in+cardiovascular+disorders%5BTitle%5D)+AND+%22Front.+Cardiovasc.+Med%22%5BJournal%5D)">The endothelial glycocalyx: a possible therapeutic target in cardiovascular disorders.</a> Front. Cardiovasc. Med. 9, e897087(2022).</li>
<li>Vittum, Z., Cocchiaro, S., Mensah, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Basal+endothelial+glycocalyx%27s+response+to+shear+stress%3A+a+review+of+structure%2C+function%2C+and+clinical+implications%5BTitle%5D)+AND+%22Front.+Cell+Dev.+Biol%22%5BJournal%5D)">Basal endothelial glycocalyx's response to shear stress: a review of structure, function, and clinical implications.</a> Front. Cell Dev. Biol. 12, e1371769(2024).</li>
<li>Villalba, N., Baby, S., Yuan, S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+endothelial+glycocalyx+as+a+double-edged+sword+in+microvascular+homeostasis+and+pathogenesis%5BTitle%5D)+AND+%22Front.+Cell+Dev.+Biol%22%5BJournal%5D)">The endothelial glycocalyx as a double-edged sword in microvascular homeostasis and pathogenesis.</a> Front. Cell Dev. Biol. 9, e711003(2021).</li>
<li>Harding, I. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Endothelial+barrier+reinforcement+relies+on+flow-regulated+glycocalyx%2C+a+potential+therapeutic+target%5BTitle%5D)+AND+%22Biorheology%22%5BJournal%5D)">Endothelial barrier reinforcement relies on flow-regulated glycocalyx, a potential therapeutic target.</a> Biorheology. 56 (2-3), 131-149 (2019).</li>
<li>Alphonsus, C. S., Rodseth, R. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+endothelial+glycocalyx%3A+a+review+of+the+vascular+barrier%5BTitle%5D)+AND+%22Anaesthesia%22%5BJournal%5D)">The endothelial glycocalyx: a review of the vascular barrier.</a> Anaesthesia. 69 (7), 777-784 (2014).</li>
<li>Möckl, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+emerging+role+of+the+mammalian+glycocalyx+in+functional+membrane+organization+and+immune+system+regulation%5BTitle%5D)+AND+%22Front.+Cell+Dev.+Biol%22%5BJournal%5D)">The emerging role of the mammalian glycocalyx in functional membrane organization and immune system regulation.</a> Front. Cell Dev. Biol. 8, e00253(2020).</li>
<li>Nian, K., Harding, I. C., Herman, I. M., Ebong, E. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Blood-brain+barrier+damage+in+ischemic+stroke+and+its+regulation+by+endothelial+mechanotransduction%5BTitle%5D)+AND+%22Front.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Blood-brain barrier damage in ischemic stroke and its regulation by endothelial mechanotransduction.</a> Front. Physiol. 11, 605398(2020).</li>
<li>Dietz, N. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pathophysiology+of+postpneumonectomy+pulmonary+edema%5BTitle%5D)+AND+%22Semin.+Cardiothorac.+Vasc.+Anesth%22%5BJournal%5D)">Pathophysiology of postpneumonectomy pulmonary edema.</a> Semin. Cardiothorac. Vasc. Anesth. 4 (1), 31-35 (2000).</li>
<li>Bozlar, U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pulmonary+artery+diameters+measured+by+multidetector-row+computed+tomography+in+healthy+adults%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Radiol%22%5BJournal%5D)">Pulmonary artery diameters measured by multidetector-row computed tomography in healthy adults.</a> Acta Radiol. 48 (10), 1086-1091 (2007).</li>
<li>Schindelin, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fiji%3A+an+open-source+platform+for+biological-image+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Methods%22%5BJournal%5D)">Fiji: an open-source platform for biological-image analysis.</a> Nat Methods. 9 (7), 676-682 (2012).</li>
<li>Kataoka, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fluorescent+imaging+of+endothelial+glycocalyx+layer+with+wheat+germ+agglutinin+using+intravital+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Microsc.+Res.+Tech%22%5BJournal%5D)">Fluorescent imaging of endothelial glycocalyx layer with wheat germ agglutinin using intravital microscopy.</a> Microsc. Res. Tech. 79, 31-37 (2016).</li>
<li>Wood, K. M., Stone, G. M., Peppas, N. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wheat+germ+agglutinin+functionalized+complexation+hydrogels+for+oral+insulin+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Wheat germ agglutinin functionalized complexation hydrogels for oral insulin delivery.</a> Biomacromolecules. 9 (4), 1293-1298 (2008).</li>
<li>Tarnowski, B. I., Spinale, F. G., Nicholson, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((DAPI+as+a+useful+stain+for+nuclear+quantitation%5BTitle%5D)+AND+%22Biotech.+Histochem%22%5BJournal%5D)">DAPI as a useful stain for nuclear quantitation.</a> Biotech. Histochem. 66 (6), 297-302 (1991).</li>
<li>Emde, B., Heinen, A., Gödecke, A., Bottermann, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wheat+germ+agglutinin+staining+as+a+suitable+method+for+detection+and+quantification+of+fibrosis+in+cardiac+tissue+after+myocardial+infarction%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+J.+Histochem%22%5BJournal%5D)">Wheat germ agglutinin staining as a suitable method for detection and quantification of fibrosis in cardiac tissue after myocardial infarction.</a> Eur. J. Histochem. 58 (4), 2448(2014).</li>
<li>Hu, Z., Cano, I., D'Amore, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Update+on+the+role+of+the+endothelial+glycocalyx+in+angiogenesis+and+vascular+inflammation%5BTitle%5D)+AND+%22Front.+Cell+Dev.+Biol%22%5BJournal%5D)">Update on the role of the endothelial glycocalyx in angiogenesis and vascular inflammation.</a> Front. Cell Dev. Biol. 9, e734276(2021).</li>
<li>Choi, J., Lee, E. J., Jang, W. B., Kwon, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+biocompatible+3D-printed+artificial+blood+vessels+through+multidimensional+approaches%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Funct.+Biomater%22%5BJournal%5D)">Development of biocompatible 3D-printed artificial blood vessels through multidimensional approaches.</a> J. Funct. Biomater. 14 (10), e14100497(2023).</li>
<li>Fallon, M. E., Mathews, R., Hinds, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vitro+flow+chamber+design+for+the+study+of+endothelial+cell+%28patho%29physiology%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomech.+Eng%22%5BJournal%5D)">In vitro flow chamber design for the study of endothelial cell (patho)physiology.</a> J. Biomech. Eng. 144 (2), e4051765(2021).</li>
<li>Basehore, S., Garcia, J., Clyne, A. M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBasehore%2C+S+%22The+science%2C+etiology+and+mechanobiology+of+diabetes+and+its+complications%22">The science, etiology and mechanobiology of diabetes and its complications</a>. Gefen, A. , Acad. Press. 291-312 (2021).</li>
</ol>

Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.

Modelowanie naczyń krwionośnych to ważna nowa dziedzina do eksploracji. Pomyślne stworzenie dokładnego modelu naczyniowego jest bardzo obiecujące dla postępu w dziedzinie inżynierii tkankowej i opracowywania leków. W tym artykule przedstawiono nowatorską metodę generowania układu naczyniowego OOC, który można wykorzystać do naśladowania pneumonektomii lub dowolnego innego układu naczyniowego lub geometrii w celu zbadania potencjalnego związku między upośledzeniem GCX a powikłaniami po pneumonektomii. W szerszej skali met...

Pneumonektomia to inwazyjna interwencja chirurgiczna wysokiego ryzyka wykonywana w celu usunięcia prawego lub lewego płuca1. Ta procedura jest zwykle stosowana jako opcja leczenia różnych poważnych dolegliwości, takich jak rak płuc, gruźlica płuc i urazowe urazy płuc2. Chociaż procedura jest obiecująca, wiąże się ze znacznym ryzykiem, na co wskazuje zwiększona liczba powikłań pooperacyjnych, od arytmii po obrzęki płuc1.
Pneumonektomia ma ogromny wpływ na dynamikę układu sercowo-naczyniowego, kierując cały rzut serca do pozostałego płuca3. Wiadomo, że to przekierowanie przepływu krwi zwiększa ciśnienie i naprężenia ścinające w pozostałym układzie naczyniowympłuc 4. Przy tych ogromnych zmianach we wzorcach przepływu krwi, glikokalix śródbłonka (GCX) odgrywa kluczową rolę w wyczuwaniu tych zmian we wzorcach przepływu krwi5.
GCX jest warstwą podobną do żelu, która reguluje aktywność biochemiczną w odpowiedzi na zmiany w swoim środowisku 6,7. Wykazano, że jego ekspresja wzrasta wraz z długotrwałym narażeniem na jednorodny przepływ i zmniejsza się wraz z ekspozycją na zakłócony przepływw porównaniu z kulturą statyczną 8,9. GCX wykazuje zmienną grubość w zakresie od 0,1 do 1 μm w całym układzie naczyniowym i działa jako niezbędna warstwa mechanotransdukcji pokrywająca komórki śródbłonka naczyń krwionośnych10. Sieć składa się z gęstej warstwy cukrów, lipidów i białek, jak pokazano na rysunku 1. Cukry te wiążą się, tworząc glikany, które mogą swobodnie występować w krwiobiegu lub być przyłączone do białek lub lipidów, co powoduje tworzenie proteoglikanów, glikoprotein lub glikolipidów 7,11. Proteoglikany składają się z łańcuchów glikozaminoglikanu (GAG), które wiążą się z błoną komórkową poprzez białka osocza lub receptory. Te GAG obejmują siarczan heparanu (HS), kwas hialuronowy (HA), siarczan chondroityny (CS), siarczan dermatanu i siarczan keratyny12. Siarczan heparanu jest dominującym GAG, stanowiącym ponad 50% wszystkich GAG znajdujących się w GCX. Te łańcuchy boczne mogą przyłączać się do osadzonych białek rdzeniowych, które obejmują glipicany (zakotwiczone przez glikozylofosfatydyloinozytol) i syndekany (z domeną obejmującą błonę), a także CD44 (receptor adhezji powierzchniowej). Opisane powyżej kompleksy odgrywają kluczową rolę w regulacji czynników wzrostu, reakcjach przeciwzapalnych, ułatwianiu rozszerzania naczyń krwionośnych i kontrolowaniu przepuszczalności naczyńkrwionośnych 13.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67246/67246fig1v2.jpg"> 
Rysunek 1: Diagram składowych GCX. Schemat przedstawiający składniki glikokaliksu śródbłonka. Ten schemat przedstawia wierzchołkowy glikokaliks, który znajduje się w świetle naczynia, pokazując jego proteoglikany i glikoproteiny związane z błoną. Utworzony za pomocą BioRender.com <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67246/67246fig1v2large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej figury.</a>
Chociaż dokładny związek między pneumonektomią a uszkodzeniem GCX nie jest dobrze zbadany, istnieje prawdopodobna korelacja między zmienionymi wzorcami przepływu krwi wywołanymi przez pneumonektomię a integralnością GCX. Wiadomo, że zaburzony przepływ krwi w naczyniach krwionośnych powoduje uszkodzenie GCX6. Postawiliśmy hipotezę, że zwiększony zaburzony przepływ i zmiany naprężeń ścinających w pozostałym układzie naczyniowym po pneumonektomii mogą z czasem spowodować uszkodzenie GCX. To przyspieszone pogorszenie może katalizować powikłania pooperacyjne i choroby, zwiększając w ten sposób nieodłączne ryzyko dla ogólnego stanu zdrowia pacjenta13.
Protokół ten miał na celu modelowanie unaczynienia płuc po pneumonektomii, zgodnie z ogólną procedurą opisaną na rysunku 2. Symulacje płynów przeprowadzono na wspomaganym komputerowo modelu projektowym odwzorowującym ludzkie unaczynienie płuc z pneumonektomią i bez niej. Modele pneumonektomii zostały stworzone poprzez zaprojektowanie 3D układu naczyniowego płuc w oprogramowaniu do modelowania 3D, w oparciu o wymiary pochodzące ze skanów CT i danych literaturowych, a następnie dalsze uproszczenie ich do symulacji przepływu w oprogramowaniu do obliczeniowej dynamiki płynów (CFD). Symulacje pozwoliły zidentyfikować konkretne obszary zainteresowania, wybrane przez obszary, w których naprężenie ścinające było zwiększone w modelach pneumonektomii w porównaniu z kontrolą. Te obszary zainteresowania zostały wybrane do powielenia w celu zbudowania modelu in vitro . W modelu in vitro wykorzystano konstrukcję komory fluidalnej do symulacji wielu odcinków naczyń krwionośnych z normalną geometrią oraz geometrii pneumonektomii w celu symulacji różnicy w warunkach przepływu.
Ludzkie komórki śródbłonka mikronaczyniowego płuc (HLMVEC) hodowano na podłożach z polidimetylosiloksanu pokrytych fibronektyną (PDMS), ukształtowanych tak, aby naśladować wybrany region bifurkacji. Pożywkę do hodowli komórek śródbłonka mikronaczyniowego przepuszczono przez system za pomocą pompy perystaltycznej. Na koniec komórki i GCX utrwalono, wybarwiono immunologicznie przeciwciałem barwiącym GCX i uwidoczniono za pomocą mikroskopu fluorescencyjnego w celu oceny ich stanu po ekspozycji na przepływ płynu. Ogólny harmonogram protokołu można znaleźć w tabeli 1.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67246/67246fig2.jpg"> 
Rysunek 2: Sekwencja rozwoju OOC. Sekwencja opracowywania nowego systemu OOC do badania skutków pneumonektomii płuc (1) tomografia komputerowa ludzkiego układu krążenia płuc. (2) Geometria tomografii komputerowej używana do identyfikacji obszarów zainteresowania dla modelu CAD 3D. (3) Symulacje przepływu płynów w celu wyznaczenia geometrii będących przedmiotem zainteresowania dla modelu in vitro . (4) Modelowana forma PDMS zawierająca obszary zainteresowania na podstawie wyników symulacji (5) Forma włożona do akrylowej obudowy w celu zamocowania formy do perfuzji (6) Kompletna konfiguracja komory przepływowej (7) Kompletna konfiguracja komory przepływowej przeniesiona do inkubatora (8) Jasne pole i obrazy fluorescencyjne wykonane po wystawieniu na naprężenia ścinające. Utworzony za pomocą BioRender.com <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67246/67246fig2large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej figury.</a>
Tabela 1: Ogólny harmonogram protokołu. Ogólna sekwencja wykonywania kroków w ramach protokołu ze średnim czasem trwania (h) każdego kroku. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67246/Table%201.xlsx" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać tę tabelę.</a>

<table><tbody><tr><td># 8-32 x 3/4 cala Combo Śruba maszynowa z okrągłym ocynkowana (8 sztuk)</td><td>Everbilt</td><td>204274613</td><td>-</td></tr><tr><td>0,25% EDTA-trypsyna</td><td>ThermoFisher Naukowy</td><td>25200056&nbsp;</td><td>-</td></tr><tr><td>15 ml stożkowe sterylne polipropylenowe probówki wirówkowe</td><td>Thermo Scientific</td><td>12-565-269</td><td>-</td></tr><tr><td>Talerz 35x10mm, nunclon Delta</td><td>Thermo Scientific</td><td>153066</td><td>-</td></tr><tr><td>50 ml stożkowe sterylne polipropylenowe probówki wirówkowe</td><td>Thermo Scientific</td><td>12-565-271</td><td>-</td></tr><tr><td>Różne gumowe stopery</td><td>Marka rybacka</td><td>14-132</td><td></td></tr><tr><td>Kolby poddane hodowli komórkowej BioLite (25cm^2)</td><td>Thermo Scientific</td><td>12-556-009</td><td>-</td></tr><tr><td>Kolby poddane hodowli komórkowej BioLite (75cm^2)</td><td>Thermo Scientific</td><td>12-556-010</td><td>-</td></tr><tr><td>COMSOL Multifizyka</td><td>COMSOL</td><td>N/A</td><td>-</td></tr><tr><td>Klej dwustronny&nbsp;</td><td>3 mln</td><td>16758005</td><td>-</td></tr><tr><td>Epredia Richard-Allan Naukowa szklana osłona&nbsp;</td><td>Thermo Scientific</td><td>22-050-218</td><td>-</td></tr><tr><td>Surowica bydlęca płodu</td><td>ThermoFisher Naukowy&nbsp;</td><td>A5256701&nbsp;</td><td>-</td></tr><tr><td>Fibronektyna</td><td>ThermoFisher Naukowy&nbsp;</td><td>33016015&nbsp;</td><td>20 &mu; rozcieńczenie g/ml</td></tr><tr><td>Wanny wodne Fisherbrand Isotemp ze sterowaniem cyfrowym: Model 210</td><td>Marka rybacka</td><td>15-462-10Q</td><td>-</td></tr><tr><td>Sterylna strzykawka Fisherbrand (60 ml)</td><td>Marka rybacka</td><td>14-955-461</td><td>-</td></tr><tr><td>Ludzkie komórki śródbłonka mikronaczyniowego płuc</td><td>Sigma Aldrich</td><td>540-05A&nbsp;</td><td>-</td></tr><tr><td>Mikroskop fluorescencyjny Keyence BZX810</td><td>Klucz</td><td>N/A</td><td>-</td></tr><tr><td>Zestaw elastometru silikonowego Krayden Dow Sylgard 184. Przezroczysty, (1,1LB)</td><td>Dow</td><td>4019862</td><td>-</td></tr><tr><td>Marga Cipta odlew akrylowy o grubości 1/2 ', 48x96'</td><td>Marga Cipta</td><td>N/A</td><td>-</td></tr><tr><td>Głowica pompy Masterflex L/S Easy-Load II</td><td>Technologia MasterFlex</td><td>77200-50</td><td></td></tr><tr><td>Rurka pompy precyzyjnej Masterflex L/S, silikon utwardzany platyną, L/S 16; 25 stóp</td><td>Technologia MasterFlex</td><td>96410-16</td><td>-</td></tr><tr><td>Standardowa pompa perystaltyczna Masterflex L/S</td><td>Technologia Masterflex</td><td>07522-20</td><td></td></tr><tr><td>Mikropipeta 0,2 do 2 &mu; L</td><td>Marka rybacka</td><td>FBE00002</td><td>-</td></tr><tr><td>Mikropipety od 10 do 100 &mu; L</td><td>Marka rybacka</td><td>FBE00100</td><td>-</td></tr><tr><td>Mikropipeta od 100 do 1000 &mu; L</td><td>Marka rybacka</td><td>FBE01000</td><td>-</td></tr><tr><td>Mikropipeta od 5 do 50 μn; L</td><td>Marka rybacka</td><td>FBE00050</td><td>-</td></tr><tr><td>Pożywka do wzrostu komórek śródbłonka mikronaczyniowego (500ml)</td><td>Sigma - Aldrich</td><td>111-500</td><td>-</td></tr><tr><td>Sterylne filtry strzykawkowe Nalgene</td><td>Thermo Scientific</td><td>725-2520</td><td>-</td></tr><tr><td>Mikroskop fluorescencyjny Nikon Eclipse TS-100</td><td>Nikon</td><td>NI-TS100</td><td></td></tr><tr><td>Sól fizjologiczna buforowana fosforanami (DPBS, 10X), formuła Dulbecco</td><td>Thermo Scientific</td><td>J61917. Zobacz materiał K3</td><td>-</td></tr><tr><td>Prusament PLA Prusa Galaxy Black 1kg</td><td>Prusa</td><td>PRM-PLA-GLX-1000</td><td>-</td></tr><tr><td>Mikroskop hybrydowy Rebel, pionowy i odwrócony, Discover Echo</td><td>ECHO</td><td>76376-746</td><td>-</td></tr><tr><td>Uszczelniacz silikonowy&nbsp;</td><td>Loctite</td><td>908570</td><td>-</td></tr><tr><td>SolidWorks (SolidWorks)</td><td>Dassault Systemes</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Sterylne jednorazowe pipety serologiczne z polistyrenu z paskiem powiększającym (10 ml)</td><td>Marka rybacka</td><td>13-678-11E</td><td>-</td></tr><tr><td>Sterylne jednorazowe pipety serologiczne z polistyrenu z paskiem powiększającym (25 ml)</td><td>Marka rybacka</td><td>13-678-11</td><td>-</td></tr><tr><td>Sterylne jednorazowe pipety serologiczne z polistyrenu z paskiem powiększającym (50 ml)</td><td>Marka rybacka</td><td>13-678-11F</td><td>-</td></tr><tr><td>Sterylne jednorazowe pipety serologiczne z polistyrenu z paskiem powiększającym (5 ml)</td><td>Marka rybacka</td><td>13-678-11D</td><td>-</td></tr><tr><td>Streptawidyna, koniugat Alexa Fluor 488</td><td>Invitrogen&nbsp;</td><td>S32354 powiedział:</td><td></td></tr><tr><td>Streptawidyna, koniugat Alexa Fluor 488</td><td>Invitrogen</td><td>S32354 powiedział:</td><td>-</td></tr><tr><td>Resevoir strzykawki&nbsp;</td><td>BD</td><td>300865</td><td></td></tr><tr><td>Thermo Scientific Alfa Aesar 1LT Albumina, Bydlęca, Frakcja V, 35% roztworu, Klasa odczynnika, Bez kwasów tłuszczowych, z azydkiem jako konserwantem</td><td>Thermo Scientific</td><td>N12H004</td><td>-</td></tr><tr><td>Łączniki rurowe</td><td>Marka rybacka</td><td>01-000-161</td><td>-</td></tr><tr><td>VECTASHIELD Medium montażowe Antifade z DAPI&nbsp;</td><td>Vectashield (Tarcza Vectashield)</td><td>H-1200-10</td><td>-</td></tr><tr><td>Inkubator CO2 firmy VWR z płaszczem wodnym</td><td>Avantar&nbsp;</td><td>10810-744&nbsp;</td><td>-</td></tr><tr><td>Przeciwciało biotynylowane WGA</td><td>Wektor</td><td>Zobacz materiał B-1025</td><td>-</td></tr></tbody></table>

modelowanie glikokaliksu śródbłonka po pneumonektomii w chipie fluidycznym 3d - podejście do wytwarzania systemu narządów na chipie opartych na naczyniach krwionośnych

Modeling the Endothelial Glycocalyx Post-Pneumonectomy in a 3D Fluidic Chip - An Approach to Fabricating a Vascular-based Organ-on-Chip System

Glikokaliks śródbłonka (GCX), bogata w węglowodany warstwa pokrywająca powierzchnię światła komórek śródbłonka, odgrywa kluczową rolę w regulacji odpowiedzi komórkowych na bodźce. Składa się z białek transbłonowych służących jako mechanoprzetworniki odpowiedzi komórkowych. Chociaż naturalnie zachowuje swoją strukturę i stabilność w warunkach homeostazy, narażenie na naprężenia ścinające może wywołać uszkodzenia z licznymi konsekwencjami. Zbadano ogólny wpływ naprężeń ścinających na komórki śródbłonka, ale zakres i wpływ naprężeń ścinających na układy naczyniowe, w szczególności po pneumonektomii, nie został dobrze zbadany. Aby to zbadać, podjęto kompleksowe podejście, polegające na stworzeniu modelu CAD unaczynienia płuc przed i po pneumonektomii. Wykorzystując obliczeniową symulację płynów, zidentyfikowano kluczowe obszary podwyższonego naprężenia ścinającego i ciśnienia oraz odtworzono je w systemie organ-on-chip (OOC). Ludzkie komórki śródbłonka mikronaczyniowego płuc (HLMVECs) wysiewano na formę w kształcie wybranych skrawków w celu scharakteryzowania skutków podwyższonego naprężenia ścinającego in vitro. Po eksperymentach HLMVEC poddano barwieniu immunologicznemu w celu jakościowej oceny stanu zdrowia GCX przy normalnych i zwiększonych stresach wywołanych pneumonektomią. Integracja modelowania komputerowego i analizy eksperymentalnej zwiększa nasze zrozumienie, w jaki sposób zmiany naprężeń ścinających wpływają na GCX, wyjaśniając ich wpływ na funkcję naczyń krwionośnych i powikłania pooperacyjne.

Wyniki badania stanu ustalonego przepływu laminarnego symulacji płynów wykazały wzrost naprężeń ścinających w niektórych rozwidleniach w modelach pneumonektomii w porównaniu z modelem kontrolnym, pokazanym na rysunku 11. Wizualizowane w kroku 2.8 protokołu, czerwone obszary oznaczają obszary o dużym naprężeniu ścinającym, podczas gdy niebieskie obszary pokazują obszary o niskim naprężeniu ścinającym.
<img alt="Figure 11" ...

W tym miejscu przedstawiamy protokół budowy systemu narządów na chipie (OOC) mającego naśladować pneumonektomię. System ten bada potencjalną korelację między upośledzeniem glikokaliksu a powikłaniami po pneumonektomii.

Modelowanie glikokaliksu śródbłonka po pneumonektomii w chipie fluidycznym 3D - podejście do wytwarzania systemu narządów na chipie opartych na naczyniach krwionośnych

Endothelial glycocalyx (GCX), a carbohydrate-rich layer coating the luminal surface of endothelial cells, plays a pivotal role in regulating cellular ...

Laboratorium Mensah koncentruje się na badaniach naczyniowych i opracowuje nowe techniki badania glikokaliksu śródbłonka i jego roli w chorobach naczyniowych. Ostatnie osiągnięcia obejmują tworzenie bardziej zaawansowanych modeli in vitro do badań nad glikokaliksem oraz badania nad strategiami terapeutycznymi ukierunkowanymi na zdrowie i naprawę glikokaliksu śródbłonka w chorobach. Wyzwania eksperymentalne obejmują niekompletne modele in vitro, które nie są w stanie dokładnie odtworzyć zdrowej glikokaliksu, a także trudne techniki kwantyfikacji i pomiaru.Nasz obecny wkład w tę dziedzinę poszerzył obecną wiedzę na temat glikokaliksu śródbłonka, szczególnie w zakresie jego roli w przerzutach raka, regeneracji uszkodzonego glikokaliksu i interakcjach z receptorami na powierzchni naczyń krwionośnych. Nasza metoda przedstawia niedrogą i skuteczną metodę tworzenia układów naczyniowych typu narząd na chipie, które wyrażają bardziej rozwinięty i biomimetyczny glikokaliks śródbłonka w porównaniu z konwencjonalnymi technikami. Na początek zważ 10 części bazy z elastomeru silikonowego w 50-mililitrowej probówce wirówkowej.Wlej jedną część utwardzacza do probówki zawierającej bazę z elastomeru silikonowego do końcowej objętości 30 mililitrów. Dokładnie wymieszaj, aby uzyskać jednolity roztwór. Teraz wlej dobrze wymieszany roztwór do foremek, a następnie umieść foremki w komorze próżniowej, aby odgazować PDMS przez 30 do 60 minut lub do momentu, gdy nie pozostaną żadne pęcherzyki.Wyjmij odgazowany PDMS z komory próżniowej i pozostaw do utwardzenia w temperaturze pokojowej przez 48 godzin. Wyodrębnij utwardzony PDMS z formy PLA. Następnie umieść dwa kawałki taśmy dwustronnej na każdej płytce do hodowli komórkowej.Następnie umieść każdą połówkę układu krwionośnego PDMS na wierzchu taśmy we własnym naczyniu do hodowli komórkowych. Umieść kilka 30-mikrolitrowych kropli fibronektyny wzdłuż układu naczyniowego PDMS za pomocą mikropipety. W razie potrzeby przechyl PDMS i użyj końcówki pipety, aby równomiernie pokryć powierzchnię.Po 30-minutowej inkubacji odessać roztwór fibronektyny z PDMS. Następnie pozwól elementom wyschnąć na powietrzu wewnątrz szafki. Umieść wydrukowane w 3D zatyczki na każdym końcu połówek naczyń krwionośnych PDMS, aby zapobiec wyciekowi zawiesiny komórek, używając dwóch zatyczek na sztukę.Za pomocą mikropipety wysiew 300 mikrolitrów zawiesiny komórek HLMVEC do każdego elementu PDMS i inkubuj. Następnie włóż połówki z powrotem do szafki i wyjmij cztery wtyczki. Dodaj pożywkę hodowlaną HLMVEC, aby zanurzyć połówki układu krwionośnego PDMS i ponownie inkubować przez sześć do 10 godzin.Teraz odessać pożywkę HLMVEC z szalki Petriego zawierającej połówki naczyń krwionośnych. Umieść każdą połówkę PDMS w blokach poliwęglanu, zapewniając prawidłowe wyrównanie. Nałóż uszczelniacz silikonowy na końce układu naczyniowego PDMS.Włóż rurkę o długości cala do obu końców dolnego elementu PDMS. Następnie odwróć górny blok akrylowy zawierający górną połowę PDMS na dolny blok akrylowy. Skręć ze sobą bloki akrylowe, upewniając się, że gwintowany blok znajduje się na dole.Zatkaj wolne końce rurki za pomocą zatyczek wydrukowanych w 3D. Wyjmij jedną zatyczkę i delikatnie wstrzyknij 500 mikrolitrów pożywki hodowlanej HLMVEC do układu krwionośnego za pomocą mikropipety. Przechyl, aby usunąć pęcherzyki powietrza, a następnie wymień wtyczkę.Przenieś zmontowany chip i sterylne elementy do szafy bezpieczeństwa biologicznego. Podłącz wszystkie rurki i zmontuj system przepływu, upewniając się, że rurka wlotowa łączy się z dnem zbiornika strzykawki, aby ułatwić przepływ grawitacyjny. Teraz delikatnie zalać układ przepływowy medium HLMVEC.Użyj 50-mililitrowej pipety serologicznej. Wstrzyknąć 30 mililitrów pożywki do górnej części zbiornika strzykawki i uruchomić pompę perystaltyczną z niską prędkością, aby napełnić rurkę. Myj każdą połówkę układu krwionośnego PDMS w PBS przez pięć minut, dodając tyle roztworu, aby całkowicie zanurzyć odcinek naczyniowy.Symulacja płynu wykazała znacznie podwyższone naprężenia ścinające przy rozwidleniach naczyń w modelu pneumonektomii w porównaniu z modelem kontrolnym. Mikroskopia w jasnym polu potwierdziła równomierne przyleganie komórek HLMVEC zarówno w warunkach statycznych, jak i przepływowych przy 93,1 mililitrach na minutę po 24 godzinach. Obrazowanie fluorescencyjne bifurkacji wlotu wykazało nienaruszone i dobrze rozmieszczone warstwy komórek zarówno w modelach kontrolnych, jak i pneumonektomii.Obrazowanie bezpośrednio po drugim rozwidleniu wykazało znaczną utratę komórek zarówno w modelu kontrolnym, jak i w modelu pneumonektomii. Komórki pozostały przylegające i wykazywały spójne barwienie w regionie poniżej drugiego rozwidlenia w obu modelach. Jednolite jądra barwione DAPI w modelach naczyniowych wskazywały, że konfluencja utrzymywała się pomimo ekspozycji na przepływ.Wczesna próba modelu kontrolnego wykazała nierównomierne rozmieszczenie komórek z powodu pęcherzyków powietrza wprowadzonych podczas zalewania systemu.

modeling-endothelial-glycocalyx-post-pneumonectomy-3d-fluidic-chip-an

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Mikrofluidyczne komory przepływowe, wytrawione metodą fotolitografii i wykonane z PDMS, są stosowane do badania wyników funkcjonalnych związanych z dysfunkcją EC i stanem zapalnym. W reprezentatywnym eksperymencie wykazano zdolność różnicowego naprężenia ścinającego do modulowania adhezji komórek monocytarnych do monowarstw EC aktywowanych cytokinami.

Fenotypowanie zapalne śródbłonka na chipie

Platforma mikrokanałów na chipie została opracowana przez połączenie techniki fotorezystu fotolitografii rozpływowej, miękkiej litografii i mikrofluidyki. Platforma mikrokanalizacyjna naśladuje trójwymiarową (3D) geometrię mikronaczyń in vivo, działa w kontrolowanym ciągłym przepływie perfuzyjnym, umożliwia wysokiej jakości obrazowanie w czasie rzeczywistym i może być stosowana do badań mikronaczyniowych.

Procedura opracowywania wielogłębokościowych, okrągłych, śródbłonkowych mikrokanałów o przekroju międzybłonkowym na chipie

Ten protokół opisuje implementację sterowanej obrazem, laserowej degradacji hydrożelu do wytwarzania naczyniowych, biomimetycznych sieci mikroprzepływowych osadzonych w hydrożelach diakrylanowych z poli(glikolu etylenowego) (PEGDA). Te biomimetyczne systemy mikroprzepływowe mogą być przydatne w zastosowaniach inżynierii tkankowej, generowaniu modeli chorób in vitro i wytwarzaniu zaawansowanych urządzeń "na chipie".

Sterowane obrazem, laserowe wytwarzanie sieci mikroprzepływowych pochodzenia naczyniowego

Tutaj prezentujemy protokół, który opisuje wytwarzanie rozciągliwych, dwukanałowych, mikroprzepływowych urządzeń do hodowli komórek na poziomie narządów do rekapitulacji funkcjonalności na poziomie narządów in vitro.

Skalowalna produkcja rozciągliwych, dwukanałowych, mikroprzepływowych układów narządowych

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 dostarczamy chip mikroprzepływowy i automatycznie sterowany, wysoce wydajny system mikroprzepływowy krążenia, który podsumowuje początkowe mikrośrodowisko neowaskularyzacji, umożliwiając stymulację komórek śródbłonka (EC) przez wysokie naprężenie ścinające światło, fizjologiczny poziom przepływu przezśródbłonkowego i rozkład różnych czynników wzrostu śródbłonka naczyniowego (VEGF) jednocześnie.

Model mikroprzepływowy naśladujący początkowe zdarzenie neowaskularyzacji

Tutaj prezentujemy protokół do generowania trójwymiarowego, uproszczonego i niezróżnicowanego modelu skóry za pomocą mikroobrabianej platformy mikroprzepływowej. Podejście oparte na przepływie równoległym pozwala na osadzanie na miejscu komory skórnej w celu wysiewu komórek nabłonka na wierzchu, a wszystko to kontrolowane przez pompy strzykawkowe.

Generowanie uproszczonego trójwymiarowego modelu typu skin-on-a-chip w mikroobrabianej platformie mikroprzepływowej

Celem tego protokołu jest wyjaśnienie i zademonstrowanie rozwoju trójwymiarowego (3D) modelu mikroprzepływowego wysoce wyrównanej tkanki serca ludzkiego, składającej się z kardiomiocytów pochodzących z komórek macierzystych hodowanych wspólnie z fibroblastami serca (CF) w biomimetycznym hydrożelu na bazie kolagenu, do zastosowań w inżynierii tkankowej serca, badaniach przesiewowych leków i modelowaniu chorób.

Opracowywanie zorganizowanej w 3D ludzkiej tkanki serca w ramach platformy mikroprzepływowej

Obecny protokół opisuje możliwości i podstawowe metody hodowli Open-Top Organ-Chip do pomyślnego zakładania i dojrzewania pełnogrubych kultur narządów na chipach tkanek pierwotnych (skóry, pęcherzyków płucnych, dróg oddechowych i jelit), dając możliwość zbadania różnych funkcjonalnych aspektów interfejsu ludzkiej nabłonka/mezenchymalnej i niszy naczyniowej in vitro.

Odtwarzanie cytoarchitektury i funkcji tkanek nabłonka człowieka na otwartym chipie narządowym

Modele płuc na chipie przewyższają tradycyjne hodowle 2D, naśladując granicę powietrze-ciecz i perfuzję komórek śródbłonka, symulując przepływ krwi i wymianę składników odżywczych, co jest kluczowe dla badań nad fizjologią płuc. Zwiększa to znaczenie badań nad płucami, oferując dynamiczne, fizjologicznie dokładne środowisko, które pomaga w lepszym zrozumieniu i leczeniu infekcji dróg oddechowych.

Immunokompetentny model pęcherzyka płucnego na chipie do badania odpowiedzi immunologicznej błony śluzowej pęcherzyków płucnych

Prezentujemy protokół do wysokoprzepustowej produkcji kanałów naczyniowych o elastycznych rozmiarach i pożądanych wzorach na standardowej sześciodołkowej płytce przy użyciu technologii biodruku 3D, określanej jako naczynia na płytce (VOP). Platforma ta ma potencjał, aby przyspieszyć rozwój terapii zaburzeń związanych z upośledzonym śródbłonkiem.

Wysokoprzepustowa metoda biodruku do modelowania przepuszczalności naczyń krwionośnych na standardowych płytkach sześciodołkowych z elastycznością rozmiaru i wzoru

Poznaj metodę budowy systemu organ-on-chip do badania glikokaliksu śródbłonka po pneumonektomii. Model ten pozwala analizować uszkodzenia glikokaliksu i ich wpływ na powikłania chirurgiczne.

Modelowanie glikokaliksu śródbłonka po pneumonektomii w chipie fluidycznym 3D - podejście do wytwarzania systemu narządów na chipie opartych na naczyniach krwionośnych (Wideo) | JoVE Journal

Modelowanie glikokaliksu śródbłonka po pneumonektomii w chipie fluidycznym 3D - podejście do wytwarzania systemu narządów na chipie opartych na naczyniach krwionośnych

Przeglądaj więcej filmów