This manuscript presents a detailed protocol for the fabrication of an emerging three-dimensional hepatocyte culture platform, the inverted colloidal crystal scaffold, and the concomitant techniques to assess hepatocyte behavior. The size-controllable pores, interconnectivity and ability to conjugate extracellular matrix proteins to the poly(ethylene glycol) (PEG) scaffold enhance Huh-7.5 cell performance.
Evnen til at opretholde hepatocyt funktion in vitro, med det formål at teste xenobiotika 'cytotoksicitet, studerer virusinfektion og udvikling af lægemidler rettet mod leveren, kræver en platform, hvor celler modtager passende biokemiske og mekaniske signaler. Nylige levervæv tekniske systemer har ansat tre-dimensionelle (3D) stilladser sammensat af syntetiske eller naturlige hydrogeler, da deres høje væskeophobning og deres evne til at levere de mekaniske stimuli nødvendige for cellerne. Der har været en stigende interesse for den omvendte kolloide krystal (ICC) stillads, en ny udvikling, der giver høj rumlig organisation, homotypisk og heterotypisk celle interaktion, samt celle-ekstracellulær matrix (ECM) interaktion. Heri beskriver vi en protokol til fremstilling ICC stillads anvendelse af poly (ethylenglycol) diacrylat (PEGDA) og partiklen udvaskning metode. Kort fortalt et gitter fremstillet af mikrokugle-partikler, hvorefter en præ-polymetilsættes r opløsning, korrekt polymeriseret, og partiklerne fjernes derefter, eller udvaskes, anvendelse af et organisk opløsningsmiddel (f.eks tetrahydrofuran). Opløsningen af gitter resulterer i en meget porøs scaffold med kontrollerede porestørrelser og interconnectivities der tillader medier til at nå celler lettere. Denne unikke struktur muliggør højt overfladeareal for at cellerne kan klæbe til samt nem kommunikation mellem porerne, og evnen til at belægge PEGDA ICC stillads med proteiner viser også en markant virkning på celle ydeevne. Vi analyserer morfologien af stilladset samt leverkarcinom celle (Huh-7,5) adfærd med hensyn til levedygtighed og funktion at udforske effekten af ICC struktur og ECM overtræk. Samlet set dette papir giver en detaljeret protokol af en spirende stillads, der har brede anvendelser i tissue engineering, især levervæv engineering.
Leveren er et stærkt vaskulariseret organ med et væld af funktioner, herunder afgiftning af blod, metabolisme af xenobiotika, og produktionen af serumproteiner. Levervæv har en kompleks tredimensional (3D) mikrostruktur, bestående af flere celletyper, galde-canaliculi, sinuskurver, og zoner med forskellig biomatrix sammensætning og forskellige oxygenkoncentrationer. I betragtning af denne omfattende struktur, har det været vanskeligt at skabe en ordentlig liver model in vitro 1. Der er imidlertid en stigende efterspørgsel efter funktionelle in vitro-modeller hosting humane hepatocytter som platforme for testning lægemiddeltoksicitet 2 og studere sygdomme forbundet med leveren 3.
Nuværende liver tissue engineering platforme har forenklet kompleksiteten af leveren ved at isolere én eller fokusere på et par, af leverens parametre, nemlig co-dyrkning af celler 4, biokemiske sammensætning af zonal mikromiljøer 5, strømningsdynamik 6,7 og konfigurationen af biomatrix 8. Konfiguration af biomatrix kan opdeles i parametre som stillads materialer, sammensætning af ekstracellulær matrix (ECM) proteiner, matrix stivhed samt konstruktion og struktur af stilladset. Der har været en stigning i vævsmanipulation studier under anvendelse af syntetiske hydrogeler, især poly (ethylenglycol) (PEG) hydrogeler 9, får mulighed for at tune hydrogelens mekaniske egenskaber, bioaktivitet, og nedbrydningshastighed. Med hensyn til lever-relateret forskning, blev biokompatible hydrogel ansøgt om virusinfektion undersøgelse af leversygdom 3. Som en hepatocyt platform design, har talrige undersøgelser udnyttet hepatocyt sandwich kulturer 10,11 og celleindkapsling inden en hydrogel 12,13 til tilvejebringelse af 3D-miljø og celle-ECM og celle-celle-interaktion, som er væsentlige for at efterligne in vivo mikromiljø. However, behøver disse platforme ikke besidder en høj grad af kontrol og rumlig organisation, hvilket fører til ikke-ensartede egenskaber gennem stilladset 14.
Den omvendte krystal kolloid (ICC) 14 stillads er et velorganiseret 3D stillads for cellekultur, som først blev introduceret i begyndelsen af 2000'erne. Stilladset unikke struktur kan tilskrives den enkle fremstillingsproces ved anvendelse af en kolloid krystal, en ordnet gitter af kolloide partikler med variabel diameter. Kort fortalt, for at opsummere processen, partikler pænt arrangeret og udglødet ved anvendelse af varme til dannelse af et gitter. Udvaskningen af dette gitter, som et organisk opløsningsmiddel, i en polymeriseret hydrogel resulterer i Hexagonal pakket sfæriske hulrum 15 med stort overfladeareal. Denne yderst ordnet stillads er tidligere blevet fremstillet med både syntetiske og naturlige materialer, herunder, men ikke begrænset til poly (acrylamid) 16-21, poly (mælke-co-glycolsyre) 15,22-30, Poly (ethylenglycol) 31,32, poly (2-hydroxyethylmethacrylat) 21,33-35, og chitosan 36-39. ICC stilladser fremstillet af ikke-fouling materialer har en tendens til at fremme cellulære sfæroider inde i hulrummene 14,23,40. Flere celletyper har vist sig at kunne formere sig, differentiere og funktion inden denne konfiguration, herunder chondrocytter 41, stromale knoglemarvsceller 42, og stamceller 43,44. Med hensyn hepatocyt, har undersøgelserne været udført med ICC stilladser lavet af Na 2 SiO 3 og poly (acrylamid), men ikke PEG. Med enkle bioconjugation strategier (dvs. aminkobling gennem EDC / NHS), kan ECM-proteiner-konjugerede PEG-baserede scaffolds skal fremstilles, der kan vise sig mere cellebindende sider for at være en mere in vivo lignende miljø og forbedre leverfunktion.
I dette manuskript og den tilhørende video, we detaljer fremstillingen af ICC stilladsanvendelse af poly (ethylenglycol) diacrylat (PEGDA) hydrogel og en polystyren mikrosfære gitter, optimeret til leverkarcinom (Huh-7,5) kultur. Vi demonstrerer forskellene mellem de generelt ikke-klæbende nøgne PEGDA ICC stilladser og collagen-coatede PEGDA ICC stillads i form af stillads topologi og celleydelsen. Cellernes levedygtighed og funktion måles kvalitativt og kvantitativt at vurdere Huh-7.5 celle adfærd.
Tissue engineering stilladser er i rivende udvikling til at give alle de fysiske og biokemiske signaler, der er nødvendige for at regenerere, vedligeholde eller reparere væv for anvendelsen af orgel udskiftning, studere sygdom, at udvikle lægemidler, og mange andre 57. I levervæv engineering, primære, humane hepatocytter hurtigt mister deres metaboliske funktioner gang isoleret fra kroppen, hvilket skaber et stort behov for engineering scaffolds og udvikle platforme til at opretholde den leverfunktion. D…
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne ønsker at anerkende støtte fra en Grundforskningsfonden Fellowship (NRF -NRFF2011-01) og konkurrencedygtig forskning program (NRF-CRP10-2012-07).
0.2 mL PCR tube | Axygen Scientific | PCR-02D-C | Boil-proof |
Gorilla Glue | Gorilla Glue, Inc. | Depends on vendor. This was purchased from a local store. | |
Glass slides | VWR | 631-1575 | Dimensions: 24×60 mm |
Polystyrene spheres | Fisher Scientific | TSS#4314A | Diameter = 140 um; 3×10^4 particles per milliliter and 1.4% size distribution |
Ethanol | Merck | 1.00983.1011 | absolute for analysis EMSURE; Dilute to 70% with Milli-Q water |
Ultrasonic Bath | Elma | S10H | Equiment |
Furnace | Nabertherm | N7/H | Equipment |
200 µL pipette tip | Axygen Scientific | T-210-Y-R-S | |
Rocking shaker | VWR | 444-0142 | |
Polyethylene Glycol (PEG) | Merck | 1.09727.0100 | Mw= 4kDa; acrylation of PEG monomers and purification of the resulting precipitate produces a PEGDA macromer with Mw = 4.6kDa |
Centrifuge | Beckman Coulter | 392932 | Equipment |
Acrylate-Poly (Ethylene Glycol) – Succinimidyl Valerate | Laysan Bio | ACRL-PEG-SVA-3400-1g | Mw = 3.4 kDa |
2-hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone | Sigma Aldrich | 410896 | |
Vortex | VWR | 58816-123 | Equipment |
Microcentrifuge | Eppendorf | 5404 000.413 | |
Paraffin Film | Parafilm M | #PM996 | Kept at 9" with allows intensity of 10.84 mW/cm^2 |
Bluewave 200 UV spotlight | Blaze Technology | 120008, 122300 | |
Tetrahydrofuran (THF) | Merck | 107025 | |
Orbital shaker | Heidolph | 543-123120-00-5 | From rat |
Collagen Type I | Sigma Aldrich | C3867-1VL | 1X, w/o CaCl & MgCl; Ph = 7.2 |
Phosphate Buffered Saline (PBS) | Gibco | 20012-027 | 16% W/V AQ. 10x10ml |
Paraformaldehyde | VWR | 43368.9M | Equipment |
Freezone 4.5 freeze drier | Labconco | 7750020 | Equipment |
Sputter coater | Jeol Ltd. | JFC-1600 | Equipment |
Scanning Electron Microscope | Jeol Ltd. | JSM 5310 | |
Anti-mouse primary antibodies against Collagen type I | Abcam | ab6308 | |
Anti-mouse secondary antibody conjugated with Alexa Fluor 488 | Life Technologies | A21121 | |
Plate, Tissue Culture 24 Well, Flat Bottom (Nunclon) | Bio-Rev PTE LTD | 3820-024 | |
Dulbecco's Modified Eagle's Medium(DMEM) 2.5 g/L Glucose w/ L-Gln |
Lonza | 12-604F | |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Gibco | A15-151 | |
Penicillin-Streptomycin (P/S) | Life Tchnologies | 15140-122 E | |
APC49‐Huh ‐7.5 Cell Line | Apath | ||
100 mm Corning non-treated culture dishes | Sigma Aldrich | CLS430591 | |
0.25% Trypsin-EDTA | Gibco | 25200-056 | Equipment; 37°C, 5% Humidity |
Forma Steri-Cycle CO2 Incubators | Thermofisher Scientific | 371 | |
Hausser Bright-Line Phase Hemacytometer | Thermofisher Scientific | 02-671-6 | |
Live/Dead Viability/Cytotoxicity Kit 'for mammalian cells | Life Technologies | L3224 | |
CCK-8 Assay | Dojindo Laboratories | CK04-11 | Monosodium-salt reagent (MSR) |
Infinite 200 PRO microplate reader | Tecan | ||
Albumin Human ELISA kit | Abcam | ab108788 | |
Triton X-100 | Bio-Rad | #1610407 | |
Bovine Serum Albumin (BSA) | Sigma-Aldrich | A2153-50G | |
Anti-mouse primary antibodies (against CYP3A4, albumin) | Santa Cruz Biotechnology | sc-53850; sc-271605 | |
DAPI | Life Technologies | D3571 | |
Alexa Fluor 555 labelled Phalloidin | Life Technologies | A34055 | |
Trizol | Life Technologies | 15596-026 | |
Chloroform | VWR | 22706.326 | |
Isopropanol | Fisher Scientific | 67-63-0 | |
DPEC water | Thermofisher Scientific | AM9916 | |
Nanodrop 2000c Spectrophotometer | Thermofisher Scientific | ND-2000 | |
iScript Reverse Transcription Supermix | Bio-Rad Laboratories | 1708840 | |
SYBR select Master Mix for CFX | Life Technology | 4472937 | |
Primers (to be chosen) | |||
CFX96 Real-Time System, C-1000 Touch Thermal Cycler | Bio Rad Laboratories | SOFT-CFX-31-PATCH |