Bau von Modular Hydrogel Blätter für mikrostrukturierten Makro skaliert 3D Cellular Architektur
Summary
We describe the fabrication of micropatterned hydrogel sheets using a simple process, which can be assembled and manipulated in a freestanding form. Using these modular hydrogel sheets, a simple macro-scaled 3D cell culture system can be generated with a controlled cellular microenvironment.
Abstract
Hydrogele können auf der Mikrowaage unter Verwendung von Mikrofluid oder Mikrostrukturierungstechniken, um eine in vivo-ähnliche dreidimensionale (3D) Gewebegeometrie bereitzustellen strukturiert werden. Die erhaltenen 3D Hydrogelbasis zellulären Konstrukte wurden als Alternative zu Tierversuchen zur weitgehenden biologischen Studien, pharmakologischen Tests und Organtransplantationsanwendungen eingeführt. Obwohl auf Hydrogel-Basis und Fasern können leicht hergestellt werden, ist es schwierig, sie zum Wiederaufbau von Gewebe zu manipulieren. In diesem Video, beschreiben wir ein Herstellungsverfahren für mikro Alginat-Hydrogel Blättern, zusammen mit deren Montage ein Makro angelegte 3D-Zellkultursystem mit einem kontrollierten zellulären Mikroumgebung bilden. 200 um und mit präzisen Mikro – unter Verwendung einer Nebelform des Calcium-Geliermittel werden dünne Hydrogelfolien leicht mit einer Dicke im Bereich von 100 erzeugt. Zellen können dann mit der geometrischen Führung der Hydrogelfolien in gezüchtet werdenfreistehenden Bedingungen. Weiterhin kann die Hydrogelfolien leicht manipuliert werden mit einer Mikropipette mit einem End-Schnittspitze und kann durch Stapeln unter Verwendung einer gemusterten Polydimethylsiloxan (PDMS) Rahmen in mehrschichtigen Strukturen aufgebaut werden. Diese modularen Hydrogelfolien, die mit einem einfachen Verfahren hergestellt werden kann, gibt es Anwendungsmöglichkeiten der in vitro-Wirkstoffassays und biologische Untersuchungen, einschließlich funktionelle Studien von Mikro- und Makrostruktur und Geweberekonstruktion.
Introduction
Hydrogele sind besonders vielversprechender Biomaterialien und sollen in grundlegende Biologie, pharmakologischen Tests und der Medizin wichtig. 1 Biofabrication von Hydrogel-basierten zellularen Konstrukte wurde vorgeschlagen, um die Verwendung von Tierversuchen zu reduzieren, 2,3 ersetzen transplantierbaren Geweben, 4 und verbessern zellbasierte Assays. 5,6 Wasser enthaltende (hydro-) viskoelastische Materialien (Gele) ermöglichen eine große Anzahl von Zellen, die eingekapselt und in einer Gerüststruktur, die 3D-zelluläre Mikroumgebung steuern aufrechterhalten werden. In Verbindung mit der Führung des mikrofluidischen oder Mikrostrukturierungstechniken kann die Geometrie der Hydrogel-Konstrukte genau auf zellulärer Ebene gesteuert werden. Bis heute sind eine Vielzahl von Formen von Hydrogelen, einschließlich Teilchen, 7-9 Fasern, 10 – 12 und Blatt, von 13 bis 15 wurden als Bausteine in von unten nach oben ange verwendetSchmerzen auf die Herstellung von Makromaßstab mehrzelligen Architekturen.
Beide Hydrogel-basierte Partikel und Fasern sind für Anwendungen wie Mikromaßstab zellulären Umgebungen war leicht und schnell hergestellt, mit fluidischen Steuerungen mit mikrofluidischen Vorrichtungen. Da jedoch die Grundeinheiten von technischen Geweben, würde es schwierig sein, um sie neu anzuordnen und um es zu vergrößern ihr Volumen als Makromaßstab Konstrukte. 16 Es ist schwieriger makro skaliert Konstrukte zu erreichen, als mikrometergroße Grundmodule zu produzieren. Blattartigen Einheiten Hydrogelbasis Konstrukte können verwendet werden, um das Volumen der Gerüste durch einen einfachen Montageprozess zu erhöhen. Folgerichtig gestapelten Schichten Hydrogelfolien bieten nicht nur eine Volumenvergrößerung, sondern auch eine geometrische Ausdehnung in einem 3D-Raum.
Wir haben bereits berichtet, ein Verfahren zur Herstellung mikro Hydrogelfolien, 13 – 15 zusammen mit ihrer Anordnung in mehreren LegeEred Zellarchitekturen. Die Technik ermöglicht komplexe Mikrostrukturierung und der modulare Aufbau von Zellkonstrukten über einen Stapelvorgang von mehrschichtigen Strukturen. Durch die Herstellung von gestapelten modularen Hydrogelfolien, die mikrostrukturiert sind, kann ein 3D-Zellkultursystem mit einer gesteuerten Makromaßstab zelluläre Mikroumgebung realisiert werden. Dieses Video-Protokoll beschreibt ein einfaches, aber leistungsfähiges Herstellungsverfahren, das verwendet werden kann, um modulare Hydrogelfolien konstruieren, auf der Grundlage der menschlichen Leberzelllinie (HepG2). Wir zeigen hier einfache Manipulation dieser gemusterten modularen Hydrogelfolien und deren Anordnung in eine Mehrschichtstruktur.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dieses Protokoll liefert ein einfaches Verfahren zur Herstellung von modularen Hydrogelfolien und der Zusammensetzung und der 3D-Zellgerüste bilden.
Um eindeutige gemustert Alginat Strukturen in kurzer Zeit zu bauen, sollten wir eine Vernetzung Prozess, der ausreichend steif Strukturen erstellen können, die komplexen Mikrostrukturen aus der Form zu halten, sowie Aufrechterhaltung der Lebensfähigkeit der Zellen und den Stoffwechsel zu identifizieren. Wir haben ein Vernetzungsverfahren entw…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This research was supported by a National Leading Research Laboratory Program (Grant NRF-2013R1A2A1A05006378) through the National Research Foundation of Korea funded by the Ministry of Science, ICT and Future Planning. The authors also acknowledge a KAIST Systems Healthcare Program.
Materials
| Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit | Dow Corning Corporation | 000000000001064291 | |
| Pluronic F-127 | Sigma-Aldrich | P2443 | Powdered nonionic surfactant |
| Alginic acid sodium salt, low viscosity | Alfa Aesar | B25266 | |
| Calcium chloride dihydrate | Sigma-Aldrich | C7902 | |
| Ultrasonic humidifier | MediHeim | MH-2800 | Modified equipment, Maximum sprayed rate: 250 mL/h |
| Nylon net filter hydrofilic, 180 μm | EMD Millipore | NY8H04700 | |
| Polycarbonate mold | Customized mold for fabrication of a PDMS frame pattern |
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