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De1,(hPSCs) as células-tronco pluripotentes humanas2 auto renovar ilimitadamente e se diferenciar em várias linhagens de tecido, que poderiam revolucionar o desenvolvimento de drogas, terapias baseadas em células, engenharia de tecidos e medicina regenerativa 3 , 4 , 5 , 6. pratos de cultura geral e placas de microtitulação, no entanto, não são projetadas para permitir a manipulação de célula precisa de física e química a nível celular, com o intervalo de nano - para micrometros, que é um fator crítico para a expansão celular, auto-renovação e diferenciação. Para resolver este inconveniente, estudos têm investigado os papéis do microambiente celular na regulação da célula-destino decisões e célula funções4. Nos últimos anos, um número crescente de estudos têm sido realizado para reconstruir o microambiente celular em vitro7,8. Processos de fabricação de micro e nano estabeleceram esses microambiente através da manipulação de químicos9,10,11,12,13, 14,15,16,17 e19,de física18,20 pistas ambientais. Até agora, não havia nenhum relatórios sistematicamente, investigar os mecanismos subjacentes de pistas ambientais físicas e químicas na célula destino decisões e funções dentro de uma única plataforma.
Aqui, apresentamos uma estratégia baseada em princípios de design simples, para estabelecer uma plataforma robusta de triagem (Figura 1). Primeiro, descrevemos o processo de desenvolvimento de uma plataforma integrada para a criação artificial, versátil microambiente celular usando uma matriz de nanofibras e uma estrutura de microfluidic: matriz de The multiplexado Artificial celular microambiente (MACME) (Figura 1A e 2A). A matriz de nanofibras tem 12 microambiente diferentes em diferentes combinações de materiais de nanofibras e densidades. Eletrofiação foi usada para fabricar nanofibras. Os materiais de nanofibras, tais como o poliestireno (PS)21, polymethylglutarimide (PMGI)22e gelatina (GT)23, foram projetados para testar suas propriedades químicas, que podem afetar a aderência de célula e manutenção da pluripotência ( Figura 2B). Densidades de nanofibras eram variadas, alterando o tempo de eletrofiação e as gerado nanofibras foram definidas de acordo com suas densidades (DNF, com D = XLow/Low/Mid/High). A estrutura de microfluidic é composta de polidimetilsiloxano (PDMS), abrigando 48 câmaras de cultura de células, que podem ser posicionadas junto as dimensões padrão de microplacas de 96 poços. PDMS é um polímero biocompatível e gás-intercambiáveis, geralmente usado para fabricar de dispositivos microfluídicos24. Cada canal microfluidic foi projetado para ser 700-µm de largura e 8,4 mm de comprimento e tinha duas entradas em suas bordas (tabela 1). As câmaras tinham diferentes alturas (250, 500 e 1000 µm) para manipular as iniciais célula-semeadura densidades (0.3, 0.6 e 1.2 × 105 células/cm2), que podem correlacionar com a sobrevivência, proliferação e diferenciação de hPSCs25 (Figura 2C). O número de células semeado em uma câmara é proporcional a densidade da coluna acima do piso da câmara, e, portanto, célula inicial, densidade de semeadura era controlada por introduzir a mesma suspensão de eritrócitos em câmaras de cultura com diferentes alturas. Todos os canais foram projetados para serem ≥ 250 µm-alta26 para minimizar os efeitos da tensão de oxigênio baixo27 e tensão de cisalhamento28 sobre as células. Alturas de canal de 250, 500 e 1000 µm são abreviadas aqui como XCD com X = Low, Mid e alta, respectivamente. Os ambientes com nanofibras distintas densidades e densidades de semeadura de células iniciais foram encurtados como "Densidade de density_Cell de Material_NF" (por exemplo, GT_HighNF_HighCD: um ambiente caracterizado por nanofibras GT de alta densidade e alta inicial célula-semeadura densidade).
Posteriormente, descrevemos como executar análises de célula única para investigar sistematicamente o comportamento da célula em resposta a fatores ambientais (Figura 1B). Como um prova de conceito, identificamos o ambiente celular ideal para hPSC auto-renovação, que é uma função chave para hPSC manutenção (Figura 1B)29. Citometria baseada em imagem, seguida de análises estatísticas, permite a interpretação quantitativa de respostas fenotípicas celulares individuais para ambientes celulares. Entre uma variedade de funções celulares, este artigo fornece um procedimento detalhado para identificar as condições ideais para a manutenção de hPSC auto-renovação.