Методическая статья

Микроинженерные 3D-коллагеновые гидрогели с выравниванием волокон на большом расстоянии

DOI:

10.3791/64457

⸱

7 сентября 2022 г.

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Biomedical Engineering, Kate Gleason College of Engineering, Rochester Institute of Technology

В этой статье

Краткое содержание

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Этот протокол демонстрирует использование микрофлюидного канала с изменяющейся геометрией вдоль направления потока жидкости для создания растяжения (растяжения) для выравнивания волокон в 3D-гидрогеле коллагена (толщина <250 мкм). Результирующее выравнивание простирается на несколько миллиметров и зависит от скорости деформации растяжения.

Аннотация

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Выровненные волокна коллагена I (COL1) управляют подвижностью опухолевых клеток, влияют на морфологию эндотелиальных клеток, контролируют дифференцировку стволовых клеток и являются отличительной чертой тканей сердца и опорно-двигательного аппарата. Для изучения реакции клеток на выровненные микроокружения in vitro было разработано несколько протоколов для создания матриц COL1 с определенным выравниванием волокон, включая магнитные, механические, клеточные и микрофлюидные методы. Из них микрофлюидные подходы предлагают расширенные возможности, такие как точный контроль потоков жидкости и клеточного микроокружения. Однако микрофлюидные подходы к созданию выровненных матриц COL1 для передовых платформ культивирования in vitro были ограничены тонкими «матами» (толщиной <40 мкм) волокон COL1, которые простираются на расстояния менее 500 мкм и не способствуют применению 3D-клеточных культур. Здесь мы представляем протокол для изготовления 3D-матриц COL1 (толщиной 130-250 мкм) с областями миллиметрового масштаба с определенным выравниванием волокон в микрофлюидном устройстве. Эта платформа предоставляет расширенные возможности клеточных культур для моделирования структурированных микроокружений тканей, предоставляя прямой доступ к микроинженерной матрице для клеточной культуры.

Введение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Клетки находятся в сложной 3D-волокнистой сети, называемой внеклеточным матриксом (ECM), основная часть которой состоит из структурного белка коллагена I типа (COL1)1,2. Биофизические свойства ECM обеспечивают направляющие сигналы клеткам, и в ответ клетки реконструируют микроархитектуру ECM 3,4,5. Эти взаимные взаимодействия между клетками и матрицами могут приводить к образованию выровненных волоконных доменов6 COL1, которые способствуют ангиогенезу и клеточной инвазии в....

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Изготовление двухсекционного швеллера и модульной платформы

ПРИМЕЧАНИЕ: Микрофлюидный канал построен с использованием двух частей — микрофлюидного канала «вырез», который вырезан бритвой из листа полидиметилсилоксана (PDMS) определенной толщины, и крышки канала, которая обратимо связывается с вырезом и образует канал. Канал окружен каркасом из полиметилметакрилата (ПММА), который будет действовать как резервуар среды (рис. 1). Рама из ПММА также может использоваться для магнитной фиксации специализированных модулей для дополнительной функциональности.

  1. Каналы для резки бритвы из лис....

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Когда самоорганизующийся раствор COL1 течет через канал с уменьшающейся площадью поперечного сечения, скорость потока (v x) раствора COL1 локально увеличивается на величину ∂v x по длине сужения между двумя сегментами (∂x), что приводит к скорости деформации растяжения (ε̇), где ε̇ = ∂v x/∂x. Скорость деформации растяжения может быть рассчитана на основе скорости жидкости, которая измеряется с помощью скорости изображения частиц (PIV), как показано на рисунке 2

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Протоколы генерации матриц COL1 с выровненными волокнами были описаны с использованием магнитных методов, прямого применения механической деформации и микрофлюидных методов47. Микрофлюидные подходы обычно используются для создания микрофизиологических систем из-за их четко определенных характеристик потока и переноса, которые позволяют точно контролировать биохимическую микросреду. Поскольку выровненные волокна COL1 обеспечивают ключевые инструктивные сигналы во время патофизиологических процессов.......

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Все авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.

Благодарности

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Эта работа была частично поддержана Национальным институтом здравоохранения под номером R21GM143658 и Национальным научным фондом под номером 2150798. Содержание является исключительной ответственностью авторов и не обязательно отражает официальную точку зрения финансирующих агентств.

....

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
(3-Аминопропил)триэтоксисилан, 99% (APTES)Sigma Aldrich440140-100ML
20 калибр Серия IT Угловой дозирующий наконечникJensen GlobalJG-20-1.0-90
3/16" диаметр x 1/16" толщина никелированный магнитKJ MagneticsD31
3M (TC) 12X12-6-467MPDigiKey3M9726-ND
АЦЕТОН ACS РЕАГЕНТ ≥ 99,5%Signa Aldrich179124-4L
ЛАБОРАТОРНЫЙ CORONA TREATERElectro-Technic Products12051A
Бычья сыворотка Альбумин (BSA), фракция V, 98%, Реагент Класс, Alfa AesarVWRAAJ64100-09
Прозрачный литой акриловый листMcMaster-Carr8560K181
Corning 100 мл трипсина 10x, 2,5% трипсина в HBSS [-] кальций, магний, фенол красный, свиной парвовирус протестированVWR45000-666
Countess II Automated Cell CounterThermo Fisher ScientificAMQAX1000
программное обеспечение CT-FIRE LOCI- Университет Висконсина
EGM-2 Endothelial Cell Growth Medium-2 BulletKit, (CC-3156 & CC-4176), Lonza CC-3162, 500 млLonzaCC-3162
Глутаральдегид 50% в водном растворе, Реагент Класс, Упаковка = Флакон из полиэтилена высокой плотности, Размер = 100 млVWRVWRV0875-100 мл
Graphtec CELITE-50GraphtecCE LITE-50
HEPES (1 М)Thermo Fisher Scientific15-630-080
Силиконовый каучук высокой чистоты .010" Толщина, 6" x 8" Лист, 55А ДюрометрMcMaster-Carr87315K62
Эндотелиальные клетки пупочной вены человекаThermo Fisher ScientificC0035C
Invitrogen  Трипан синее пятно (0,4%)Thermo Fisher ScientificT10282
ИзопропанолFisher ScientificA4154
Лазерный резакполного спектра20x12 H-series
Microfluidics Шприцевой насосNew Era Шприцевые насосыNE-1002X
Microman E Одноканальный пипеттор, Gilson, модель M1000EGilsonFD10006
Молекулярные зонды Alexa Fluor 488 ФаллоидинThermo Fisher ScientificA12379
Молекулярные зонды Hoechst 33342, тригидрохлорид, тригидратThermo Fisher ScientificH3570
Nutragen Bovine Atelo CollagenAdvanced BioMatrix5010-50ML
Pbs (10x), pH 7,4VWR70011044,00
PBS pH 7,4Thermo Fisher Scientific10010049.00
Фосфатно-солевой буфер (PBS, 10x), с Triton X-100Alfa AesarJ63521
Сменный несущий лист для графтекового крафта ROBO CC330L-20USCUTTERGRPCARSHTN
Restek Norm-Ject Пластиковый шприц 1 мл Luer SlipRestek22766.00
Силиконовая пластинаУниверситетская пластина452
Гидроксид натрия, ACS, упаковка = поли флакон, размер = 500 гVWRBDH9292-500 г
Sylgard 184VWR102092-312
Thermo Scientific  Пирс 20x PBS Твин 20Thermo Fisher Scientific28352.00
BD-20AC

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Frantz, C., Stewart, K. M., Weaver, V. M. The extracellular matrix at a glance. Journal of Cell Science. 123 (24), 4195-4200 (2010).
  2. Bosman, F. T., Stamenkovic, I. Functional structure and composition of the extracellular matrix. The Journal of Pathology. 200 (4),....

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Microfluidic Device3D Cell CultureCollagen I MatrixTumor MicroenvironmentEndothelial CellsPDMS ChannelMagnetic AlignmentCell Motility

Похожие статьи