Summary

Estabilizar hepatocelular Fenotipo Usando superficies sintéticas optimizadas

Published: September 26, 2014
doi:

Summary

Este artículo se centrará en el desarrollo de superficies de polímero recubierto de largo plazo, la cultura estable de células madre derivadas de hepatocitos humanos.

Abstract

Currently, one of the major limitations in cell biology is maintaining differentiated cell phenotype. Biological matrices are commonly used for culturing and maintaining primary and pluripotent stem cell derived hepatocytes. While biological matrices are useful, they permit short term culture of hepatocytes, limiting their widespread application. We have attempted to overcome the limitations using a synthetic polymer coating. Polymers represent one of the broadest classes of biomaterials and possess a wide range of mechanical, physical and chemical properties, which can be fine-tuned for purpose. Importantly, such materials can be scaled to quality assured standards and display batch-to-batch consistency. This is essential if cells are to be expanded for high through-put screening in the pharmaceutical testing industry or for cellular based therapy. Polyurethanes (PUs) are one group of materials that have shown promise in cell culture. Our recent progress in optimizing a polyurethane coated surface, for long-term culture of human hepatocytes displaying stable phenotype, is presented and discussed.

Introduction

Los materiales biológicos han sido ampliamente utilizados en el mantenimiento y diferenciación de células madre pluripotentes 1. Al tiempo que permite, estos sustratos biológicos a menudo contienen una gran cantidad de componentes no definidos. Matrigel es un sustrato comúnmente utilizado para el cultivo de células madre y la diferenciación. Desafortunadamente, su composición variable influye en la función celular y el fenotipo. Aunque una variedad de matrices biológicas alternativas, más definidos se han utilizado 2-7, su origen animal o pobre escalabilidad les hace candidatos inadecuados para la fabricación industrial. Por lo tanto, la identificación de alternativas sintéticas, con composición definida y un rendimiento fiable, son objetivos clave en la investigación de células madre.

En un intento de superar las limitaciones de los sustratos de cultivo de células definidos, colaboraciones interdisciplinarios entre la química y la biología han identificado materiales sintéticos con la capacidad de soportar el fenotipo celular. Synthsustratos etic son escalables, rentables, y se pueden fabricar en complejas estructuras 3D, imitando el entorno en vivo. Debido a estas propiedades sustratos sintéticos han sido ampliamente utilizados para apoyar y conducir la diferenciación de muchos tipos de células 8-10.

Ensayos avanzados y de alto rendimiento han facilitado la rápida detección de los materiales sintéticos, de grandes bibliotecas, y entregado nuevos materiales con propiedades flexibles con amplias aplicaciones en la investigación y el desarrollo 11-13 biomédica. La utilización de un alto rendimiento, tecnología de tramado polímero micro-array, identificamos rápidamente en un sencillo de poliuretano (PU134), adecuado para el mantenimiento de los hepatocitos derivados de células madre humanas. Este polímero se encontró que era superior a sustratos derivados de animales con respecto a la diferenciación y la función de los hepatocitos 14-16. Hemos optimizado posteriormente el proceso de condiciones de recubrimiento, la topografía y la esterilización para acceder a efectosen el rendimiento del polímero en la estabilización de función de los hepatocitos y la vida útil. Esto tiene implicaciones significativas en cuanto a la comprensión de los fundamentos de la biología de los hepatocitos para el modelado basado en células y aplicaciones de medicina regenerativa.

La tecnología aquí descrita representa un ejemplo de cómo la superficie de un polímero sintético puede ser optimizado para preservar el fenotipo celular. Creemos que la combinación de esta tecnología con un protocolo de diferenciación de hepatocitos sin suero eficiente tiene el potencial de proporcionar una producción escalable de hepatocitos para su uso en modelado in vitro y la medicina regenerativa.

Protocol

1 Síntesis de PHNGAD (Poli [1,6-hexanodiol / neopentil glicol / di (etilenglicol)-ácido adípico -alt] diol) Esquema 1: Síntesis de PHNAGD Representación esquemática de la síntesis de PHNAGD.. PHNAGD se preparó por la reacción de 1,6-Hexanodiol, dietilenglicol, neoppentyl y ácido adípico. PHNAGD, Poly [1,6-hexanodiol / neopentil glicol / di (etilenglicol)-ácid…

Representative Results

Disolvente de polímero influye en la topografía de la superficie del polímero recubierto Poliuretano 134 se solubilizó en cloroformo, ya sea solo o en combinación con tolueno o tetrahidrofurano o diclorometano y los portaobjetos de vidrio mediante revestimiento por centrifugación con las diferentes formulaciones. Microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopía de fuerza atómica (AFM) se utilizaron para caracterizar las propiedades físicas de los revestimien…

Discussion

Muchos de los métodos actuales utilizados para generar hepatocitos a partir de células madre se basan en matrices indefinidos de origen animal. Estos sustratos pueden ser costosos y altamente variable, que afecta a la función celular y la estabilidad, lo que representa una barrera significativa a la aplicación. Por lo tanto, se realizó una pantalla para materiales sintéticos que apoyan la cultura de células madre de hepatocitos derivados. Hemos identificado, un poliuretano sencilla (PU134), formado por la polimer…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

DCH, MB y FK fueron apoyados por un seguimiento EPSRC el Fondo. BL-V y DS fueron cada apoyados por becas de doctorado MRC. KC fue apoyado por la financiación de la Plataforma de Medicina Regenerativa del Reino Unido.

Materials

Synthesis, preparation, coating and characterization of polymer PU134 coated coverslips
Shaker Edmun Bühler KS-15
Irradiator CIS Biointernational IBL 637 
Spin coater Specialty Coating System  P-6708
Scanning Electron Microscope  Philips XL30CPSEM
Atomic Force Microscope DimensionV Nanoscope, VEECO
p4-GLO CYP3A4 Promega V8902
UV bulb ESCO
NanoScope analysis software VEECO version 1.20
Fluorescence microscope Olympus TH45200 Use Volocity 4 Software
Tissue culture plates Corning, UK  3527
glass slides Scientific Laboratory Supplies MIC3308
Diethylene glycol Sigma–Aldrich 93171
 1,6-hexanediol Sigma–Aldrich 240117
Neopentyl glycol Sigma–Aldrich 408255
Adipic acid Sigma–Aldrich 9582
anhydrous N,N-Dimethylformamide Sigma–Aldrich 227056
Diethyl ether Sigma–Aldrich 676845
titanium (IV) butoxide  Sigma–Aldrich 244112
1,4-butanediol  Sigma–Aldrich 493732
Vacuum oven Thermoscientific
4,4’-Methylenebis(phenyl isocyanate) Sigma–Aldrich 101688
Tetrahydrofurane Sigma–Aldrich 401757
Sputter coater Bal-Tec SCD 050
Inmunostaining
Phosphate buffer saline (-MgCl2, -CaCl2) Gibco 10010031  Store at room temperature
PBST, PBS made up with 0.1% TWEEN 20    Scientific Laboratory Supplies Ltd EC607 
Methanol   Scientific Laboratory Supplies Ltd CHE5010
Bovine Serum Albumin Sigma-Aldrich, UK A7906
MOWIOL 488 DAPI Calbiochem 475904 Made up in Tris HCL and glycerol as per manufacturers instructions
Cell culture and Functional assay
CYP3A activity pGLO kit Promega V8902
Hepatozyme Gibco 17705021
TryLE express Life Technologies 12604013

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Lucendo-Villarin, B., Cameron, K., Szkolnicka, D., Travers, P., Khan, F., Walton, J. G., Iredale, J., Bradley, M., Hay, D. C. Stabilizing Hepatocellular Phenotype Using Optimized Synthetic Surfaces. J. Vis. Exp. (91), e51723, doi:10.3791/51723 (2014).

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