マイクロパターンマクロスケール3D細胞構造のためのモジュラーヒドロゲルシートの構築
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
ヒドロゲルは 、インビボ様の三次元（3D）組織形状を提供するために、マイクロ流体や微細化技術を使用してマイクロスケールでパターン化することができます。結果の3Dハイドロゲルベースの細胞構築物は、高度な生物学的研究、薬理学的アッセイおよび臓器移植アプリケーションのための動物実験の代替として導入されています。ヒドロゲルをベースとする粒子および繊維は、容易に製造することができるが、組織の再構築のためにそれらを操作することは困難です。この動画では、制御された細胞の微小環境とマクロスケール3D細胞培養系を形成するために、それらのアセンブリと共に、微細アルギネートヒドロゲルシートの製造方法を説明します。 200μmで、かつ正確な微細パターンを有する – カルシウムゲル化剤のミストの形を用いて、薄いハイドロゲルシートは容易に100の範囲の厚さで生成されます。次いで、細胞をヒドロゲルシートの幾何学的な指導を培養することができます自立型条件。また、ヒドロゲルシートは、容易にエンドカットチップでマイクロピペットを使用して操作することができ、パターン化ポリジメチルシロキサン（PDMS）フレームを使用してそれらを積層した多層構造に組み立てることができます。容易なプロセスを用いて製造することができ、これらのモジュラーヒドロゲルシートは、ミクロおよびマクロ構造および組織再構築の機能試験を含むインビトロ薬物アッセイおよび生物学的研究の潜在的な用途を有します。
Introduction
ヒドロゲルは、特に、生体材料を約束しており、基本的な生物学、薬理学的ア ッセイおよび医学において重要であることが期待される。ヒドロゲル系の細胞構築物の1 Biofabrication動物実験の使用を低減するために提案されている、2,3移植組織4を交換し、改善細胞ベースのアッセイ。5,6-含水（ハイドロ）粘弾性物質（ゲル）は、多数のセルが3D細胞の微小環境を制御するために、骨格構造中にカプセル化され、維持されることを可能にします。微小流体または微細技術のガイダンスと組み合わせて、ヒドロゲル構築物の形状は正確に細胞のスケールで制御することができます。現在までに、粒子、7を含むヒドロゲルの様々な形状、 – 9繊維、10から12とシートは、13から15 は、ボトムアップアプロに構築単位として使用されていますマクロスケール多細胞アーキテクチャの製作に痛みます。
ヒドロゲルをベースとする粒子および繊維の両方は、マイクロ流体デバイスを用いて流体を制御して、マイクロスケール細胞環境のような用途のために容易にかつ迅速に製造されています。しかし、操作された組織の基本単位として、それはそれらを再配置し、マクロスケール構造物としての容積を拡大するために複雑になる。16マイクロメートルサイズの基本モジュールを製造することよりも、これは、マクロスケールの構造体を達成することはより困難です。ヒドロゲルに基づく構築物のシート状のユニットは、簡単な組立工程を介して足場の容積を増加させることができます。結果的に、ヒドロゲルシートの積層は、体積の増加だけでなく、3D空間の幾何学的な拡張だけでなく、を提供します。
マルチレイにそのアセンブリと一緒に15 –我々は以前、13マイクロパターンハイドロゲルシートを製造する方法を報告していますセルラーアーキテクチャをered。技術は、多層構造の積層工程を経て、複雑な微細と細胞構造物のモジュラー設計を可能にします。微細化されている積層型モジュラーヒドロゲルシートの製造を介して、制御マクロスケールの細胞微小環境と3D細胞培養系を実現することができます。このビデオプロトコルは、ヒト肝癌細胞株（HepG2細胞）に基づくモジュラーヒドロゲルシートを構築するために使用することができるシンプルで強力な製造方法について説明します。我々は、多層構造の中に、本明細書にこれらの単純なパターニングモジュラーヒドロゲルシートの操作、及びそれらの組み立てを実証します。
Protocol
Representative Results
Discussion
このプロトコルは、モジュラーヒドロゲルシートを作製し、3次元細胞の足場を形成するためにそれらを組み立てる単純な方法を提供します。
短時間で明確なパターン化アルギン酸塩構造を構築するために、我々は金型から複雑な微細パターンを維持するだけでなく、細胞の生存率および代謝を維持するのに十分な剛性構造を作成することができ、架橋プロセスを特定す?…
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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