Интервью: Биореакторы и поверхностью из-Modified 3D-Строительные леса для исследования стволовых клеток

Меня зовут Карлан, и я работаю биофизиком в Институте биологических интерфейсов. В Технологическом институте Cal Screw мы разрабатываем биореакторы и поверхностно-модифицированные трехмерные каркасы для культивирования функциональных тканей и для исследования стволовых клеток, нас в основном интересует взаимодействие клеток с их искусственной средой. В редакционной статье журнала Nature в 2003 году был задан вопрос о плоской биологии, и вопрос в том, что это подразумевает?

В прошлом многие системы культивирования in vitro, в основном монослойные культуры, страдали от недостатков, заключавшихся, например, в том, что дифференцированные первичные клетки имели относительно короткий срок жизни и дедифференцировались во время культивирования. Это означает, что они очень быстро утратили большую часть своих функций, специфичных для органов. Поэтому, чтобы воспроизвести лучшие условия для этих клеток in vitro, было сделано множество различных модификаций и адаптаций в обычных монослойных культурах.

А это включает в себя и состав питательной среды, и создание покрытия культуральных сосудов, в которых клетки преимущественно образуют монослои. И все эти подходы указывают на важность межклеточных матриксных взаимодействий, а также межклеточной коммуникации. Другим важным аспектом, по-видимому, является установление специфических для клетки контекстов, которые реализуются, например, с помощью щелевых соединительных комплексов, которые являются общими для многих клеток in vivo.

В обычных монослойных культурах разрыв между соединительными коммуникациями быстро теряется. Уже давно. Можно в некоторой степени восстановить in vitro тканевое расположение клеток с помощью так называемой стероидной техники.

Пример из нашей лаборатории заключался в том, что мы смогли показать, что даже взрослые ru гепатоциты способны образовывать стероиды и оставаться жизнеспособными в течение как минимум нескольких недель в этих агрегатах. Гепатоциты находятся в тесном контакте друг с другом, способствуя клеточной коммуникации, что приводит к стабилизации специфических функций гепатоцитов. Но мы также обнаружили, что этот традиционный метод трехмерной культуры имеет несколько недостатков.

Размер агрегата имеет решающее значение. Они могут вызывать некроз при больших диаметрах агрегатов, и в большинстве случаев соотношение среднего объема к клеткам нецелесообразно. Кроме того, усилия сдвига и культивирование спиннеров могут быть проблематичными.

Органы и ткани в живых организмах характеризуются, в частности, очень высокой плотностью клеток, также важной характеристикой является направленный активный транспорт веществ через эти слои тканей. Таким образом, реалистичные органотипические модели тканей in vitro должны наиболее точно перестроить эту естественную архитектуру. И существенным фактором, определяющим ограничение таких систем, является соответствующее соотношение среды к объему клетки.

Я упоминал ранее, что мы разработали подходящий корпус для клеток в форме точно микроструктурированного полимерного каркаса, который предлагает контейнер одинакового размера для трехмерной культуры клеточных агрегатов. Для каркаса полимеров мы предпочтительно используем полиэфир ПММА или ПК, еду или поликарбонат. И он состоит из микроструктурированного подошвенного устройства площадью один квадратный сантиметр, которое предлагает плотный массив из более чем 1000 таких контейнеров.

Было показано, что для трехмерной культуры клеточных агрегатов он подходит для 3D-культивирования клеток в течение нескольких недель. И каждый из этих небольших кубических контейнеров в массиве имеет длину края около 300 микрометров. Особая конструкция этого леса и периферии, то есть инкубационной камеры.

Подача среды и газа позволяет осуществлять различные режимы подачи среды. Первый суперфьюжн. То есть обе стороны ткани отдельно снабжаются питательной средой, а во-вторых, перфузией.

Это означает, что поток среды принудительно проникает в слой ткани. Режим перфузии может быть использован для создания условий, которые лучше имитируют васкуляризацию in vivo, но возможен даже смешанный режим перфузии и суперфузии. Были разработаны различные поколения клеточных кораблей.

Каждое поколение может быть использовано с определенной конструкцией для удовлетворения потребностей любого специального применения. Например, были построены конструкции одно- и двухместных корабельных биореакторов, а также отдельно адресуемых многотитровых схем или сильно параллельных вариаций. В качестве увеличенных версий для последнего поколения этих различных форм, так называемых микротермоформованных контейнеров, была разработана определенная технология, которая предлагает дополнительную возможность модификации всей поверхности этих 3D-формованных контейнеров, при этом возможно даже поверхностное моделирование и субмикронный масштаб с сигнальными молекулами.

Кроме того, могут быть встроены датчики и сигнальные электроды. Приложения варьируются от фундаментальных исследований и клеточной биологии до токсикологии и фармакологии, а также, насколько это возможно, высокопроизводительного скрининга. Очень важным моментом в конце концов является тот факт, что последнее поколение наших микротермоформованных чипов было оптимизировано для обеспечения процессов дешевого массового производства и, следовательно, для применения в других лабораториях.