Costruzione di fogli modulare idrogel per micropatterned macro-scala 3D Cellular Architettura
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
Idrogel possono essere modellati in micro-scala utilizzando tecnologie microfluidica o micropatterning di fornire un vivo like geometria tridimensionale dei tessuti (3D) in. I risultanti costrutti cellulari in 3D basato idrogel-sono stati introdotti come alternativa agli esperimenti sugli animali per studi biologici avanzati, saggi farmacologici e applicazioni trapianto di organi. Sebbene particelle, fibre a base di idrogel-possono essere facilmente realizzati, è difficile da manipolare loro per la ricostruzione del tessuto. In questo video, si descrive un metodo di fabbricazione dei fogli di idrogel alginato micropatterned, insieme al loro assemblaggio per formare un sistema di coltura cellulare 3D macro scala con un microambiente cellulare controllata. Utilizzando una forma di nebbia dell'agente gelificante calcio, fogli sottili idrogel si generino facilmente con uno spessore dell'ordine di 100 – 200 micron, e con microdisegni precise. Le cellule possono essere coltivate con la guida geometrica dei fogli in idrogelcondizioni freestanding. Inoltre, i fogli idrogel possono essere facilmente manipolati utilizzando una micropipetta con una punta fine-cut, e possono essere assemblati in strutture multistrato mediante sovrapposizione utilizzando un polidimetilsilossano modellata (PDMS) frame. Questi fogli idrogel modulari, che possono essere fabbricati con un processo facile, hanno potenziali applicazioni di test in vitro droga e di studi biologici, compresi studi funzionali di micro e macrostruttura e ricostruzione dei tessuti.
Introduction
Gli idrogel sono particolarmente promettenti biomateriali, e dovrebbero essere importante nella biologia di base, test farmacologici e la medicina. 1 Biofabrication di costrutti cellulari a base di idrogel-è stato suggerito di ridurre il ricorso alla sperimentazione animale, 2,3 sostituire tessuti trapiantabili, 4 e migliorare saggi cellulari. 5,6-contenenti acqua (idrocarburi) materiali viscoelastici (gel) permettono un gran numero di cellule da incapsulare e mantenuto in una struttura scaffold per controllare il microambiente cellulare 3D. In combinazione con la guida di tecnologie microfluidica o micropatterning, la geometria dei costrutti idrogel può essere controllata con precisione in scala cellulare. Fino ad oggi, una varietà di forme di idrogel, tra particelle, 7 – 9 fibre, 10 – 12 e fogli 13 – 15 sono stati utilizzati come unità edilizie in bottom-up approdolori alla fabbricazione di macro scala architetture multi-cellulari.
Entrambe le particelle e fibre a base di idrogel-sono stati prontamente e rapidamente realizzati per applicazioni come ambienti cellulari micro-scala, con controlli fluidici che utilizzano dispositivi microfluidici. Tuttavia, come le unità di base dei tessuti ingegnerizzati, sarebbe complicato di riordinarli e per allargare il loro volume come costrutti macro-scala. 16 E 'più difficile da raggiungere costrutti macro-scala per la produzione di moduli base micron dimensioni. Unità lastriforme di costrutti idrogel a base-possono essere utilizzati per aumentare il volume di scaffold tramite un semplice processo di assemblaggio. Consequentially, strati sovrapposti di fogli idrogel forniscono non solo un aumento volumetrico ma anche un'estensione geometrico in uno spazio 3D.
Abbiamo precedentemente riportato un metodo per fabbricare fogli idrogel micropatterned, 13 – 15 insieme al loro assemblaggio in multi-layarchitetture cellulari strati sovrapposti. La tecnica consente micropatterning complessa e modularità di costrutti cellulari tramite un processo di sovrapposizione di strutture multistrato. Attraverso la realizzazione di fogli impilati idrogel modulari, che sono micropatterned, un sistema di coltura cellulare 3D con un microambiente cellulare macroscala controllato può essere realizzato. Questo protocollo video descrive un metodo di fabbricazione semplice ma potente che può essere utilizzato per costruire fogli idrogel modulari, in base alla linea cellulare di carcinoma epatico umano (HepG2). Dimostriamo qui semplice manipolazione di questi fogli di idrogel modulari fantasia, ed il loro assemblaggio in una struttura a più livelli.
Protocol
Representative Results
Discussion
Questo protocollo fornisce un semplice metodo per fabbricare fogli idrogel modulari, e loro assemblaggio per formare scaffold cellulari 3D.
Per costruire strutture alginato modellata chiare in breve tempo, dobbiamo identificare un processo di reticolazione che può creare strutture sufficientemente rigido per mantenere le microdisegni complessi dallo stampo, così come mantenere la vitalità delle cellule e il metabolismo. Abbiamo sviluppato un processo di cross-linking, compresa una transiz…
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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