Hier presenteren we een protocol voor het gebruik van O-vormige vaartuigen, gespecialiseerd schorsing culturen van cellulaire aggregaten, met orbitale schudden. De HEK293 cellen gekweekt in deze tas vormen meer homogene aggregaten dan die gekweekt in een conventionele kweekvat.
Schorsing culturen van zoogdiercellen aggregaten zijn vereist voor diverse toepassingen in de medische en biotechnologische velden. De wegwerp zak gebaseerde methode is een van de eenvoudigste technieken voor de massaproductie van cellulaire aggregaten, maar het beschermt niet de culturen tegen overmatige aggregatie, die optreedt wanneer ze in het midden van de bodem van het vaartuig van de cultuur verzamelen. U kunt dit probleem oplossen, ontwikkelden we een O-vormige schotel en een O-vormige zak, die geen van beide een regio Midden bevat. Aggregaten geteeld in een O-vormige cultuur schip waren merkbaar meer uniform in grootte dan aggregaten gegroeid in conventionele schepen. Histologische analyses bleek dat aggregaten in conventionele cultuur gerechten opgenomen necrotische kernen waarschijnlijk veroorzaakt door een slechte zuurstofvoorziening. Aggregaten die zijn geteeld in de O-vormige zak, zelfs degenen met soortgelijke diameters te aggregaten in conventionele cultuur gerechten, bleek daarentegen niet necrotisch kernen. Deze resultaten suggereren dat de O-vormige tas voldoende zuurstof naar de aggregaten als gevolg van de permeabiliteit van de zuurstof van de zak-materiaal biedt. Wij Stel, dat deze roman gas-permeabele O-vormige cultuur tas is geschikt voor de massaproductie van uniforme aggregaten die noodzakelijk in verschillende biotechnologische velden zijn.
De cultuur van de cel van de schorsing speelt een belangrijke rol bij de celproductie voor regeneratieve geneeskunde1 en recombinant eiwit productie2 omdat het gemakkelijk aan schaal omhoog en het bereiken van hoge cel dichtheden, soms tot meer dan 107 cellen / mL5. Chinese hamster ovary (CHO) cellen3 menselijke embryonale nier cellen 293 (HEK293)4 zijn geteeld in schorsing cultuur en menselijke pluripotente stamcellen (hPSCs), onlangs is gegroeid in cultuur ophangingssystemen voor regeneratieve therapieën1,6,7. Het gebruik van schorsing culturen naar verwachting toenemen in de toekomst.
In schorsing cultuur, sommige cellijnen als afzonderlijke cellen niet groeien en moeten daarom aggregaten vormen. Bijvoorbeeld, kan niet hPSCs overleven in schorsing voorwaarden zonder vorming van aggregaten. Deze eis voor geaggregeerde groei kampt echter met moeilijkheden voor uniforme schorsing culturen. Één moeilijkheid is de vorming van uniforme aggregaten in de vroege periode van de cultuur, die bepalend is voor de efficiëntie van de schorsing cultuur8. Een ander probleem is de massale omzetting van voedingsstoffen in aggregaten. In het bijzonder de zuurstoftoevoer beperkt de maximale grootte van aggregaten, en een slechte zuurstoftoevoer veroorzaakt necrose in het midden van aggregaten9. Schorsing culturen van cel aggregaten zijn dus moeilijker te verkrijgen dan conventionele vering culturen. Schorsing culturen zijn echter cruciaal voor biomedische en biotechnologische toepassingen.
Orbitale schudden vaartuigen zijn een van de eenvoudigste cultuur ophangsystemen die kweekmedium mengsels zonder waaier agitatie bereiken. Shear stress van de waaier en de dynamische volumestroom medium is het grote probleem van schorsing cultuur, omdat het veroorzaakt celbeschadiging en differentiatie. Om te bereiken met een lagere schuifspanning agitatie, hebben onderzoekers en industrie ontwikkeld een scala aan orbitale schudden vaartuig systemen2,10.
Conventionele kweekvat zijn echter niet bedoeld voor orbital schudden van culturen. In orbital schudden van vaartuigen, neigen cellen naar midden-onder van de vaartuigen van een soort volumestroom medium bekend als de “Einsteins thee blad paradox”11, waardoor de inhomogene samenvoeging van cellen. De kringvormige stroom, veroorzaakt door een middelpuntvliedende kracht en een wrijving tussen het kweekmedium en een schip, veegt cellen in het centrum11,12. Daarnaast zijn conventionele cultuur zakken voor massacultuur vierkant-vormige, die is niet geschikt voor orbitale schudden.
In deze studie ontwikkelden we een nieuwe cultuur tas geschikt voor orbital schudden van culturen. De nieuwigheid van deze tas is de O-vorm die niet een center regio, hoeft zodat de cellen verzamelen aan de onderkant center regio wordt verhinderd. We hebben ook aangetoond dat de behandeling van deze schepen met een HEK293 cultuur laten zien van de mogelijkheid van deze zakken voor biotechnologische toepassingen.
In deze studie, wij ontwikkeld O-vormige vaartuigen en een cultuur van de schorsing HEK293 uitgevoerd in hen voor een uniforme aggregaten vorming en de uitbreiding. In de conventionele cultuur schotel produceerde een orbitaal schudden cultuur twee verschillende diameters van aggregaten, overwegende dat we uniforme aggregaten in de O-vormige vaartuigen (Figuur 1 waargenomen). Volgens de waarneming van de verdeling van gekleurde parels in de orbitale schudden voorwaarden verzamelen kralen in de Midden-bodem van een schotel van conventionele cultuur. Dat het verzamelen vermoedelijk veroorzaakt het verschil in celdichtheid leiden tot verschillende groottes van aggregaten. U kunt ook werden kralen verspreid in de O-vormige schotel die niet bij de regio Midden-onder (aanvullende figuur 1). Deze verdeling waarschijnlijk zorgt ervoor dat de aggregaten gelijkmatig-en kleinbedrijf in O-vormige vaartuigen. Een ander — gebruikte — benadering op het produceren van uniforme aggregaten is het kweken in microwells, maar deze aanpak heeft een aantal problemen, zoals bij het verstrekken van een kweekmedium zonder aggregaten te laten vallen uit de microwells13. In het geval van O-vormige vaartuigen, kunnen uniforme aggregaten worden geproduceerd in een eenvoudige schorsing cultuur.
De orbital schudden van cultuur is een populaire cultuur-systeem gebruikt voor zoogdiercellen. Er zijn verschillende methoden van de cultuur voor de massaproductie van cellen van zoogdieren, zoals de stirred tank bioreactor14, Golf-wees zakken15, en roterende flessen. Orbitale schudden culturen hebben geen een innerlijke waaier voor het roeren van het medium, in tegenstelling tot de stirred tank bioreactor doet. Deze functie is vergelijkbaar met de Golf-wees zakken en roterende flessen. Deze waaier-vrije cultuur-systemen kunnen voorkomen van cellulaire schade als gevolg van de shear kracht rond de waaiers en realiseren van lage shear stress in schorsing cultuur. Orbitale schudden cultuur systemen zijn met name effectief voor de massaproductie van gevoelige cellen zoals de cellen van zoogdieren vanwege hun hoge schaalbaarheid en lage schuifspanning.
O-vormige vaartuigen kunnen verbeteren het resterende probleem van de orbitale schudden cultuur bij de vorming van aggregaten. In orbital schudden cultuur systemen, migreren zwevende cellen naar het centrum en de onderkant van het vaartuig, die bekend als de “Einsteins thee blad paradox”11 staat. Deze migratie zorgt ervoor dat de inhomogene aggregatie en niet-uniforme statistische productie in conventionele orbital schudden van vaartuigen. In deze studie voorkomen O-vormige vaartuigen de concentratie van cellen in de centrum-onderkant van de vaartuigen, die als de reden van uniforme aggregatie in orbitale schudden O-vormige vaartuigen wordt gespeculeerd.
Histologische analyses bleek dat de aggregaten in de conventionele schotel denucleated cellen (Figuur 2a bevatte). In tegenstelling, denucleated cellen niet was opgenomen in de aggregaten van O-vormige vaartuigen (Figuur 2b en 2 c). Het is mogelijk dat deze denucleated cellen werden veroorzaakt door een tekort aan substraten zoals zuurstof, glucose en glutamine9. Volgens de meting van grootte had aggregaten in de O-vormige vaartuigen homogene diameter lager dan 400 µm. In tegenstelling, in een conventionele schotel, sommige aggregaten had een diameter die groter is dan 400 µm, en deze aggregaten opgenomen denucleated cellen. Dit resultaat wijst erop dat het creëren van homogene middelgrote aggregaten in O-vormige vaartuigen effectief in het controleren van de kwaliteit van de aggregaten. Het is daarnaast ook gespeculeerd dat de oxygenatie door middel van de gas-permeabele polyethyleenfilm het uiterlijk van denucleated cellen in de zak O-vormige voorkomen.
Deze experimenten toonde de mogelijkheid om van deze O-vormige schepen als een eenvoudig systeem voor het opstellen van uniforme aggregaten. Hoewel andere “cultuur” tassen voor schorsing cultuur ontwikkelde15 geweest, zijn die cultuur tassen vierkant-vormige, waardoor de cultuur niet effectief krijgen gemengd in het orbitale schudden. De zak in deze studie heeft een ronde vorm geschikt voor orbitale schudden om te produceren aggregaten met een homogene grootte roman. Dit kenmerk van vaartuigen is belangrijk voor de controle op de voorwaarden en de hoge reproduceerbaarheid van cellen in massaproductie. De eventuele toepassing van het schip O-vormige is wijdverbreid. Het kan worden gebruikt bij de productie van recombinante eiwitten uit cellen en voor regeneratieve geneeskunde bij de behandeling van stamcellen.
Kortom, ontwikkelden we een roman O-vormige tas geschikt voor het produceren van uniforme cel aggregaten met een orbitale schudden cultuur. De zak toont mogelijkheden voor verschillende biomedische applicaties zoals in regeneratieve geneeskunde.
The authors have nothing to disclose.
Dit onderzoek wordt ondersteund door een samenwerking met FUKOKU, CO., Ltd. Takao Yoshida van FUKOKU, CO., Ltd., verstrekt het idee van de tas van O-vormige cultuur. Takamasa Sato uit FUKOKU, CO., Ltd. ondersteund dit onderzoek in termen van een computationele simulatie voor de ontwikkeling van de tas van O-vormige cultuur. Wij zouden willen waarderen van de auteur van de overeenkomstige huidige aansluiting, Universiteit van Osaka, voor het toestaan van ons om te werken aan de publicatie.
HEK293 | RIKEN Bio resorce centre | RCB1637 | |
DMEM, high glucose, pyruvate | GIBCO | 11995040 | |
Fetal Bovine Serum, qualified, USDA-approved regions | GIBCO | 10437-028 | |
MEM Non-Essential Amino Acids Solution, 100X | GIBCO | 11140050 | |
Trypsin-EDTA (0.25%), phenol red | GIBCO | 25200056 | |
Dulbecco's PBS (–) | Cell Science & Technology Institute | 1102P05 | |
Cell Strainer 40µm | CORNING | 352340 | |
50 mL Syringe | TERUMO | SS-50ESZ | |
Shaker | AS ONE | 2-1987-02 | |
Centrifuge Tube 50 mL | AS ONE | 1-3500-02 | |
Automated cell counter | BioRad | TC20 |