$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Репрезентативные фотографии вкладышей
Фотографии вкладышей до и после снятия с печатной платформы показаны на рисунках 3A, B. Изображение готовой вставки, с которой была снята опора, показано на рисунке 3C. В результате получается партия напечатанных на 3D-принтере вкладышей, готовых к стерилизации и последующему использованию.
Подъем и перемещение мембран FN-silk
Общая схема формирования мембраны FN-silk и ручного лифтинга представлена на рисунке 1. В результате получается ряд вставок с прикрепленной мембраной из FN-шелка. Чтобы обеспечить наивысший процент успеха при подтяжке неповрежденных мембран, необходимо точно следовать шагам, изложенным в протоколе. На рисунке 4 показаны фотографии мембраны в неповрежденном состоянии (A,D) и после разрыва (B,E,F). Разрыв может быть визуализирован с помощью светлопольной микроскопии (рис. 4E, F) и/или путем капания жидкости через мембрану (рис. 4B). Важно поднимать и опускать вставки перпендикулярно мембране, следить за тем, чтобы мембрана прилегала равномерно и растягивалась ниже вставок. Адгезия мембраны может наблюдаться визуально, как показано на рисунке 4А. Если вкладыш опускается в соответствии с инструкциями и уровень жидкости поддерживается, как показано на рисунке 2, мембрана остается прикрепленной к вкладышу в течение длительных периодов культивирования.
В настоящем описании присоединение мембраны к вкладышу валидируется путем проведения эксперимента по проникновению 15,16,17 на мембранах, которые выдерживались в стандартных условиях культивирования клеток в течение 9 дней. Вкратце, при добавлении флуоресцентной молекулы поверх мембраны и измерении сигнала в приведенном ниже растворе профиль проникновения шелковых мембран соответствует профилю коммерчески доступной вставки для тканевой культуры (рис. 4C), показывая отсутствие утечки в течение 36 часов проникновения и указывая на то, что мембрана остается как неповрежденной, так и прикрепленной к вкладышу. Подобные эксперименты ранее проводились с клетками, засеяннымина одной или обеих сторонах шелковой мембраны17. Прочность адгезии ранее была показана с помощью макроиндентирования16 и тестов на надувание 16,17. В рамках экспериментов по макроиндентированию с помощью стилуса растягивали мембрану, которая разрывалась под действием силы 1,4 мН, оставаясь прикрепленной к вставке16.
Следует отметить, что вероятность успешного лифтинга интактных мембран связана с материалом и последующей обработкой вкладышей. При использовании этого протокола 95% мембран, поднятых с помощью вставок, напечатанных используемой смолой, были пригодны для посева клеток, по сравнению с 74% при использовании сопоставимой смолы. Мы предполагаем, что адгезии способствуют гидрофобные взаимодействия и силы Ван-дер-Ваальса, и, таким образом, изменение свойств материала изменяет силу адгезии. Это также подтверждается тем фактом, что мембраны плохо прилипают к гидрофильным материалам (данные не показаны).
Репрезентативные результаты культивирования клеток на мембранах FN-шелка
Иммунофлуоресцентные изображения кератиноцитов (HaCaT), культивируемых на апикальной или базальной стороне мембраны, показаны на рисунке 5. Наблюдалось, что адгезивные клетки (рис. 5D.i) равномерно покрывают область культивирования в 1-й день, приобретая типичную морфологию булыжника кератиноцитов (рис. 5A.i-B.i). На 3-й день кератиноциты образовали сливающийся слой (рис. 5A.ii-B.ii) и образовали сеть плотных соединений (рис. 5D.ii), что указывает на то, что они выполняют физиологические эпителиальные функции. Высокие уровни жизнеспособности клеток, достигнутые в FN-шелковых матрицах 15,17,23,24, также были отмечены в описанной здесь культуре с шелковой мембраной-вставкой. После 3 дней бактериологического исследования кератиноциты оставались высокожизнеспособными (рисунок 5C.i-iv). Кроме того, не наблюдалось никакой разницы в распределении мертвых клеток между центром (рисунок 5C.i-ii) и периферией мембраны (рисунок 5C.iii-iv), что не выявило существенного влияния материала вкладыша на жизнеспособность HaCaT. В целом, культуральная система с шелковыми вставками обеспечивает аналогичную (рис. 5i-ii, v-vi), если не улучшенную (рис. 5iii-iv, vii-viii) жизнеспособность кератиноцитов с коммерческой системой мембран-вставки из ПЭТ.

Рисунок 1: Подробная иллюстрация формирования и подтяжки одиночных мембран из FN-шелка. (А) Заполните каждую вторую лунку (избегайте внешнего ряда/столбца) в 48-луночном планшете раствором белка FN-шелка, где (В) он самоорганизуется в мембрану на границе жидкость-воздух в течение ночи. (C) Возьмитесь за вставку пинцетом и медленно опустите ее на мембрану, используя направляющие (D,E) на напечатанной на 3D-принтере вставки, чтобы убедиться, что вставка опущена перпендикулярно мембране. Увеличение адгезии шелковой мембраны, показывающее поперечное сечение вставки (F) прямо над мембраной и (G) при соприкосновении с шелковой мембраной. В течение 2-часового инкубационного периода (H) шелковая мембрана самопроизвольно прикрепляется к вкладышу, который затем (I) используется для подъема мембраны из интерфейса. Сокращения: FN = фибронектин; PBS = фосфатно-солевой буфер. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 2: Подробная иллюстрация, показывающая, как обращаться с мембраной FN-silk после ее подъема с формовочной пластины. (A) Вставка (серая) с мембраной (фиолетовая) сразу после подъема. (B) Жидкость (синяя) добавляется на апикальную сторону мембраны, которая затем помещается в (C) 24-луночный планшет, где длинная часть рукавов вкладыша висит на стенках, а более короткая часть удерживает вставку в центре пластины. (D) Жидкость добавляется в колодец, следя за тем, чтобы уровень жидкости был сбалансированным и находился выше края мембраны. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 3: Фотографии напечатанных на 3D-принтере вставок. (A) Вставки сразу после извлечения из 3D-принтера, все еще прикрепленные к рабочей пластине. (B) Одна вставка после снятия с рабочей пластины, перед поломкой опор. (C) Одна вставка после снятия опор. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 4: Мембрана из FN-шелка до и после разрыва. (A) Фотография неповрежденной мембраны, несущей 200 μL окрашенного (синего) PBS на апикальной стороне. Край мембраны, обернутый вокруг вставки, обозначен белыми стрелками. (B) Фотография той же мембраны после разрыва. PBS просачивается через мембрану. (C) График, показывающий проникновение флуоресцентной молекулы 3 кДа в течение 36 ч через шелковую мембрану или коммерчески доступную ПЭТ-мембрану, содержащуюся в стандартных условиях клеточной культуры в течение 9 дней. (D) Светлопольное изображение мембраны до разрыва. (E) Светлопольное изображение той же мембраны после разрыва. Дефектный участок обозначается синим пунктирным контуром. (F) Увеличенный вид разрыва, показанного на рисунке D , с краем разорванной мембраны, обозначенным синими стрелками. Масштабные линейки = 1 мм (D,E), 200 μм (F). Сокращения: FN = фибронектин; PBS = фосфатно-солевой буфер; ПЭТ = полиэтилентерефталат. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 5: Кератиноциты (HaCaT), культивируемые на мембране FN-шелка. В 1-й день кератиноциты прилипли и равномерно покрыли поверхность мембраны на апикальной (A.i) или базальной стороне (B.i) (фаллоидин, зеленый). На 3-й день на апикальной (A.ii) или базальной (B.ii) стороне устанавливается сливающийся монослой (фаллоидин, зеленый). (C) Оценка жизнеспособности клеток на шелковой мембране (i-iv) по сравнению с коммерческой ПЭТ-мембраной (v-viii) в центре (i, ii, v, vi) и периферии (iii, iv, vii, viii) клеточного слоя. Живые клетки показаны зеленым цветом (i, iii, v, vii), а мертвые клетки — красным (i, iii, v, vii) или белым (ii, iv, vi, viii). Пунктирной линией обозначен межфазный переход мембраны и вставки. (D) увеличенный в деталях, (i) указывающий (белые стрелки) на адгезию клеток к мембране (фаллоидин, белый) и (ii) плотную сеть соединений, образовавшуюся после 3 дней в культуре (ZO-1, белый). Масштабные линейки = 1 мм (верхний ряд: A,B), 100 μм (нижний ряд: A,B,Ci, ii, v, vi), 500 μм (C iii, iv, vii, viii), 50 μм (D). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
Таблица 1: Обзор предыдущих работ, в которых мембраны были интегрированы во вставки для клеточных культур. Сокращения: PCL = поликапролактон; PEGDA = поли(этиленгликоль) диакрилат; PLGA = поли(молочная-ко-гликолевая кислота); PDMS = Полидиметилсилоксан; ПК = Поликарбонат; RSS = Рекомбинантный белок паучьего шелка; PLCL = поли(лактид-ко-капролактон); RHSIF = Рекомбинантные белки промежуточных нитей слизи миксины Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать эту таблицу.
Таблица 2: Обзор предыдущих работ, обобщающих различные типы клеток, культивируемых на мембранах FN-шелка. FN-4repCT (FN-шелк) представляет собой короткую версию драглайна шелка Euprosthenops australis, который рекомбинантно производится и функционализируется с мотивом RGD из фибронектина на генетическом уровне. Этот белок используется во всех случаях, изложенных здесь. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать эту таблицу.
Таблица 3: Устранение неполадок. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать эту таблицу.
Дополнительный файл 1: Файл дизайна (.stl) для 3D-печати вставок. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительный файл 2: Протокол печати, последующей обработки и стерилизации при использовании принтера и смолы, указанных в таблице материалов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительный рисунок S1: Схема схемы, которую предлагается использовать при размещении раствора FN-шелка в 48-луночной пластине. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.