Name: Wywiad: Bioreaktory i rusztowania 3D modyfikowane powierzchniowo do badań nad komórkami macierzystymi (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2008-05-21T19:58:00.000+00:00
Duration: 8 min 6 s
Description: Poznaj bioreaktory i modyfikowane powierzchniowo rusztowania 3D do hodowli komórek macierzystych. Te innowacyjne systemy poprawiają żywotność komórek i zachowanie funkcji specyficznych dla narządów w porównaniu do tradycyjnych kultur monowarstwowych.

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 nie deklarują żadnych konfliktów interesów.

wywiad: bioreaktory i rusztowania 3d z modyfikowaną powierzchnią w badaniach nad komórkami macierzystymi

Interview: Bioreactors and Surfaced-Modified 3D-Scaffolds for Stem Cell Research

W artykule redakcyjnym czasopisma Nature z 2003 roku zadano pytanie: „Żegnaj, płaska biologia?”. Co sugeruje to pytanie? W przeszłości wiele układów hodowli in vitro, głównie hodowli monowarstwowych, często obarczonych było wadą polegającą na tym, że zróżnicowane komórki pierwotne miały stosunkowo krótki czas życia i ulegały dedyferencjacji w trakcie hodowli. W konsekwencji większość ich funkcji specyficznych dla danego organu była szybko utracona. Aby zatem odtworzyć lepsze warunki dla tych komórek in vitro, wprowadzono modyfikacje i adaptacje do konwencjonalnych hodowli monowarstwowych.
Opracowano ostatnią generację CellChips – mikrotermformowanych pojemników – będących specyficzną technologią, która oferuje dodatkową możliwość modyfikacji całej powierzchni formowanych w 3D pojemników. Umożliwia to nadawanie powierzchni wzorów w skali submikronowej z wykorzystaniem konkretnych cząsteczek sygnałowych. Możliwe jest wbudowanie sensorów oraz elektrod sygnałowych. Zastosowania obejmują zakres od podstawowych badań w biologii komórki po toksykologię i farmakologię. Dzięki zastosowaniu polimerów biodegradowalnych możliwe staje się wykorzystanie ich w aplikacjach klinicznych. Ponadto ostatnia generacja mikrotermformowanych chipów została zoptymalizowana pod kątem taniej produkcji masowej.

W przeszłości wiele systemów hodowli in vitro – głównie hodowle monowarstwowe – często obarczonych było wadą polegającą na tym, że zróżnicowane komórki pierwotne miały stosunkowo krótki czas życia i ulegały dedyferencjacji podczas hodowli. W konsekwencji większość ich funkcji swoistych dla danego organu była szybko utracona. Aby zatem odtworzyć lepsze warunki dla tych komórek in vitro, wprowadzono modyfikacje i adaptacje do konwencjonalnych hodowli monowarstwowych.

Wywiad: Bioreaktory i rusztowania 3D z modyfikowaną powierzchnią w badaniach nad komórkami macierzystymi

W redakcyjnym artykule w czasopiśmie Nature z 2003 roku zadano pytanie: „Żegnaj, płaska biologia?”. Co sugeruje to pytanie? W przeszłości wiele systemów hodowli in vitro...

Nazywam się Karlan i pracuję jako biofizyk w Instytucie Interfejsów Biologicznych. W Cal Screw Institute of Technology opracowujemy bioreaktory oraz modyfikowane powierzchniowo rusztowania trójwymiarowe do hodowli funkcjonalnych tkanek i badań nad komórkami macierzystymi; interesują nas przede wszystkim oddziaływania komórek z ich sztucznym środowiskiem. W redakcyjnym artykule czasopisma Nature z 2003 roku postawiono pytanie o to, czym jest biologia płaska, a konkretnie, co kryje się pod tym pojęciem?W przeszłości wiele systemów hodowli in vitro, głównie hodowli monowarstwowych, obarczonych było wadami polegającymi na tym, że np. zróżnicowane komórki pierwotne miały stosunkowo krótki czas życia i ulegały dedyferencjacji podczas hodowli. Oznacza to, że bardzo szybko traciły większość swoich funkcji specyficznych dla danego organu. Dlatego też, w celu odtworzenia lepszych warunków dla tych komórek in vitro, wprowadzono wiele różnych modyfikacji i adaptacji w konwencjonalnych hodowlach monowarstwowych.Obejmuje to skład pożywki hodowlanej oraz przygotowanie powłok naczyń hodowlanych, w których komórki tworzą głównie monowarstwy. Wszystkie te podejścia wskazują na istotną rolę oddziaływań między komórkami a macierzą, a także na znaczenie komunikacji międzykomórkowej. Kolejnym ważnym aspektem wydaje się być ustanawianie specyficznych dla komórek kontekstów, które są realizowane na przykład przez kompleksy połączeń szczelinowych, stanowiące powszechną cechę wielu komórek in vivo.W konwencjonalnych hodowlach monowarstwowych komunikacja przez połączenia szczelinowe jest szybko utracona. Przez długi czas możliwe było w pewnym stopniu odtworzenie in vitro tkankowej organizacji komórek przy użyciu tzw. techniki steroidowej.Przykładem z naszego laboratorium było wykazanie, że nawet dorosłe hepatocyty szczura są w stanie syntetyzować steroidy i pozostają żywotne przez co najmniej kilka tygodni w takich agregatach. Hepatocyty pozostają w bliskim kontakcie ze sobą, co sprzyja komunikacji międzykomórkowej, prowadząc do stabilizacji funkcji specyficznych dla hepatocytów. Stwierdziliśmy jednak również, że ta konwencjonalna technika hodowli trójwymiarowej posiada kilka wad.Wielkość agregatów jest krytyczna. Duże średnice agregatów mogą indukować nekrozę, a w większości przypadków stosunek objętości pożywki do liczby komórek jest niewłaściwy. Problematyczne mogą być również siły ścinania oraz hodowle w bioreaktorach z mieszadłem (spinner cultures).Organy i tkanki w żywych organizmach charakteryzują się między innymi bardzo wysoką gęstością komórek; istotną cechą jest również kierowany transport aktywny substancji przez te warstwy tkankowe. W związku z tym realistyczne organotypowe modele tkanek in vitro powinny w jak najdokładniejszy sposób odtwarzać tę naturalną architekturę. Kluczowym czynnikiem ograniczającym takie systemy jest odpowiedni stosunek objętości medium do objętości komórek.Wspomniałem wcześniej, że zaprojektowaliśmy odpowiednią obudowę dla komórek w formie precyzyjnie mikrostrukturalnego rusztowania polimerowego, które zapewnia pojemniki o jednolitym rozmiarze do trójwymiarowej hodowli agregatów komórkowych. Jako rusztowanie polimerowe stosujemy preferencyjnie PMMA lub PC, polieter lub poliwęglan. Składa się ono z mikrostrukturalnego urządzenia planarnego o powierzchni jednego centymetra kwadratowego, które oferuje gęstą macierz ponad 1000 takich pojemników.W przypadku trójwymiarowej hodowli agregatów komórkowych wykazano, że system ten jest odpowiedni do hodowli 3D przez kilka tygodni. Każdy z tych małych sześciennych pojemników w matrycy ma krawędź o długości około 300 Micrometers. Specjalna konstrukcja tego rusztowania oraz obrzeży, czyli komory inkubacyjnej.Układ doprowadzania pożywki i gazów w ektorze umożliwia różne tryby podawania pożywki. Po pierwsze, superfuzję, co oznacza, że obie strony tkanki są osobno zaopatrywane w pożywkę odżywczą, a po drugie, perfuzję.Oznacza to, że przepływ medium jest wymuszony przez warstwę tkanki. Tryb perfuzji może być wykorzystany do stworzenia warunków lepiej naśladujących unaczynienie in vivo, jednak możliwy jest również tryb mieszany perfuzji i superfuzji. Opracowano różne generacje chipów komórkowych.Każda generacja może być wykorzystana w określonej konstrukcji, aby sprostać potrzebom dowolnej specjalistycznej aplikacji. Na przykład zbudowano konstrukcje bioreaktorów jedno- i dwuczypniowych, a także oddzielnie adresowalne układy wielotitracyjne lub wysoce zrównoleglone warianty. Jako skalowane wersje ostatniej generacji tych różnych form opracowano tak zwaną technologię mikroformowania termicznego pojemników, która oferuje dodatkową możliwość modyfikacji całej powierzchni tych formowanych trójwymiarowo pojemników; możliwe jest nawet nadanie powierzchni wzoru w skali submikronowej przy użyciu cząsteczek sygnałowych.Można również włączyć czujniki i elektrody sygnałowe. Zastosowania obejmują zakres od podstawowych badań i biologii komórki po toksykologię i farmakologię, a także możliwość prowadzenia screeningu wysokoprzepustowego. Bardzo istotnym punktem na koniec jest fakt, że ostatnia generacja naszych mikrochipów termoformowanych została zoptymalizowana w celu umożliwienia taniej produkcji masowej, a tym samym zastosowania w innych laboratoriach.

interview-bioreactors-surfaced-modified-3d-scaffolds-for-stem-cell

Research

JoVE Journal

Biology

Biologia

Rozmowa: Bioreaktory i powierzchniowo zmodyfikowane 3D-szkielety dla badań nad komórkami macierzystymi

Niniejsza praca szczegółowo opisuje przygotowanie trójwymiarowych (3D) rusztowań fibrynowych do hodowli i różnicowania pluripotencjalnych komórek macierzystych. Takie rusztowania mogą być wykorzystywane do badania wpływu różnych związków biologicznych na zachowanie komórek macierzystych, a także modyfikowane w celu włączenia systemów dostarczania leków.

Przygotowanie trójwymiarowych rusztowań fibrynowych do zastosowań w hodowli komórek macierzystych

Biokompatybilne nanoczujniki zol-żel reagujące na pH mogą być wbudowane w elektrowirowane rusztowania z poli(kwasu mlekowo-ko-glikolowego) (PLGA). Wyprodukowane rusztowania samoraportujące mogą być wykorzystywane do monitorowania warunków mikrośrodowiskowych in situ podczas hodowli komórek na rusztowaniu. Jest to korzystne, ponieważ konstrukt komórkowy 3D może być monitorowany w czasie rzeczywistym bez zakłócania eksperymentu.

Rusztowania samoraportujące do trójwymiarowej hodowli komórkowej

Funkcjonalne zachowanie komórek w hodowli można poprawić poprzez hodowlę w bardziej podobnych do in vivo 3-wymiarowych środowiskach hodowli16-21. Niniejszy manuskrypt opisuje konfigurację i działanie systemu bioreaktora z pustymi włóknami do hodowli tkanek ssaków podobnych do in vivo.

Bioreaktory z pustych włókien do hodowli tkanek ssaków podobnych do in vivo

Chondrogeneza z komórek macierzystych wymaga precyzyjnego dostrojenia warunków hodowli. W tym miejscu przedstawiamy magnetyczne podejście do kondensacji komórek, które jest niezbędnym krokiem do zainicjowania chondrogenezy. Ponadto wykazaliśmy, że dynamiczne dojrzewanie w bioreaktorze stosuje mechaniczną stymulację konstruktów komórkowych i zwiększa produkcję chrzęstnej macierzy zewnątrzkomórkowej.

Agregacja magnetycznych komórek macierzystych 3D i dojrzewanie bioreaktora w celu regeneracji chrząstki

Tutaj prezentujemy protokół uzyskiwania systemów hodowli 3D w samoorganizujących się rusztowaniach peptydowych, aby promować różnicowanie odróżnicowanych ludzkich chondrocytów stawowych w tkankę podobną do chrząstki.

Hodowla komórek ssaków w trójwymiarowych rusztowaniach peptydowych

Ten protokół przedstawia metodę hodowli i 3D hodowli komórek podobnych do ameloblastów w mikrograwitacji, aby zachować ich wydłużony i spolaryzowany kształt, a także ekspresję białek specyficzną dla szkliwa. Opisano również warunki hodowli konstruktów inżynierii przyzębia i narządów płuc w warunkach mikrograwitacji.

Rozmnażanie komórek i narządów zębów i dróg oddechowych w mikrograwitacji

Tutaj opisujemy produkcję na dużą skalę sferoidów zrębu/komórek macierzystych (ASC) pochodzących z tkanki tłuszczowej przy użyciu automatycznego systemu pipetowania do zasiewania zawiesiny komórkowej, zapewniając w ten sposób jednorodność wielkości i kształtu sferoidy. Te sferoidy ASC mogą być używane jako elementy budulcowe dla podejść do biodruku 3D.

Wielkoskalowa, zautomatyzowana produkcja sferoid komórek macierzystych pochodzących z tkanki tłuszczowej do biodruku 3D

Ten artykuł opisuje protokół generowania ludzkich indukowanych pluripotencjalnych neuronów pochodzących z komórek macierzystych w laboratoryjnym bioreaktorze zawiesinowym 3D.

Produkcja ludzkich neuronów indukowanych neurogeniną 2 w trójwymiarowym bioreaktorze zawiesinowym

Ten protokół przedstawia konfigurację i działanie nowo opracowanego, wydrukowanego w 3D bioreaktora do hodowli ex vivo naczyń krwionośnych w trakcie perfuzji. System został zaprojektowany tak, aby mógł być łatwo przyjęty przez innych użytkowników, praktyczny, niedrogi i możliwy do dostosowania do różnych zastosowań eksperymentalnych, takich jak podstawowa biologia i badania farmakologiczne.

Ex vivo Kultura perfuzyjna dużych naczyń krwionośnych w bioreaktorze wydrukowanym w 3D

Izolacja i transplantacja hematopoetycznych komórek macierzystych (HSC)

Poznaj bioreaktory i modyfikowane powierzchniowo rusztowania 3D do hodowli komórek macierzystych. Te innowacyjne systemy poprawiają żywotność komórek i zachowanie funkcji specyficznych dla narządów w porównaniu do tradycyjnych kultur monowarstwowych.

Wywiad: Bioreaktory i rusztowania 3D z modyfikowaną powierzchnią w badaniach nad komórkami macierzystymi

Przeglądaj więcej filmów