3D Bioprinting'i Kullanan Sferoidlerin Mekanik Entegrasyonu Sergileyen Kalp Doku Oluşturma
2 Temmuz 2017
Bu protokol, biyomalzemeler kullanılmadan kalp dokusunun 3D biyoprintini açıklamaktadır. 3D biyoprote edilmiş kalp yamaları bileşen küremsiklerin mekanik entegrasyonunu sergiler ve kalp dokusunun yenilenmesinde ve kalp hastalığının 3D modellerinde son derece umut vericidir.
Bu videonun amacı, sadece hücreler kullanılarak, biyomateryaller kullanılmadan kalp dokusunun 3D biyobaskısını göstermektir. Öncelikle kardiyomiyositler, endotel hücreleri ve fibroblastlar izole edilir, sayılır ve istenen hücre oranlarında karıştırılır. Daha sonra çok kanallı bir pipet kullanılarak ve ultra düşük bağlantılı 96 kuyulu plakalarda ayrı kuyucuklara dağıtılırlar.
96 oyuklu plakadaki hücreler üç gün boyunca inkübe edilir, üç gün sonra kendiliğinden atan sferoidler oluştururlar. Konfokal mikroskopi, sferoidler içinde floresan olarak çok kırmızı olarak etiketlenen Troponin T pozitif kardiyomiyositlerde floresan olarak yeşil olarak etiketlenen 43'teki bağlantıların ekspresyonunu ortaya çıkarır. Sferoidleri içeren 96 oyuklu plaka daha sonra 3D biyo-yazıcıya yüklenir.
3D biyo-yazıcı, 96 kuyulu plakayı hareketli bir platform kullanarak iğne dizisinin hemen yanındaki bir konuma aktararak başlar. 3D biyo-yazıcı daha sonra 96 oyuklu plakadaki tüm sferoidleri inceleyerek çapı ve şekli gibi her bir sferoid ile ilgili verileri elde eder. Bu, 3D biyo-baskı sürecinin yakından bir görünümüdür.
Sferoid, soldaki 96 oyuklu plakadan vakum emme kullanan bir nozul tarafından alınır ve sağdaki bir iğne dizisine belirli bir yere yerleştirilir. Bu işlem, 3D biyobaskı işlemi tamamlanana kadar tekrarlanır. Tüm sferoidler ve 96 oyuklu plaka biyolojik olarak basılana kadar, 3D biyoyazıcı mevcut 96 kuyulu plakayı saklayacak ve hareketli platformu kullanarak yeni bir plaka yükleyecektir.
Bu, dokuza dokuz yamanın 100 kat hızda 3D biyobaskısının havadan görüntüsünü gösteren hızlandırılmış bir videodur, iğne dizisindeki iğneler bir grup şeklinde düzenlenir ve sferoidler her bir iğneye yukarıdan yüklenir. Steril koşullar altında üç gün sonra, 3D biyoyazıcı kalp yaması, yamanın altındaki iğne dizisindeki sert plastik parçasını yukarı doğru hafifçe kaydırarak iğne dizisinden çok dikkatli bir şekilde çıkarılır. Fosfat tamponlu salin veya PBS ile yağlama, daha pürüzsüz ve daha kolay çıkarılması için bu adımda gerektiğinde iğnelere uygulanabilir.
3D biyobaskılı kalp yaması, iğne dizisinden çıkarıldıktan hemen sonra çok kırılgandır, bu nedenle ona zarar vermemek için gerekli özen gösterilmelidir. 3D biyobaskılı kardiyak yama daha sonra uygun hücre ortamını içeren 35 milimetrelik bir doku kültürü kabına aktarılır. İğne dizisinden çıkarıldıktan hemen sonra, yamanın zaten dövüldüğü ve iğne deliklerinin her vuruşta boyutunun değiştiği not edilir.
3D biyobaskılı kalp yamasının olgunlaşmasına izin verilir, bu süre zarfında iğne dizisinin neden olduğu doku boşlukları çevredeki doku tarafından doldurulur. 3D biyo-baskı kalp yaması kendiliğinden atmaya devam ediyor. Sonuç olarak, biyomateryal kullanmadan kalp dokusunu 3 boyutlu biyobaskı yapmak mümkündür.
3D biyobaskılı kardiyak yamalar, bileşenin mekanik entegrasyonunu sergiler spheroids. 3D kardiyak dokunun biyobaskısı, umut verici klinik uygulamalara ve kardiyak doku rejenerasyonuna sahiptir ve kalp dokusunun 3D modellerine, prediktif farmakoloji ve toksikolojide replikasyona ve hücre ve genoma yönelik tedavilerin geliştirilmesine sahiptir.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu protokol, biyomalzemeler kullanılmadan, sadece hücreler kullanılarak kardiyak dokunun 3B biyobasımını tanımlamaktadır. Elde edilen kardiyak yamalar mekanik entegrasyon göstermekte olup, kardiyak doku rejenerasyonu ve kalp hastalığı modelleri için gelecek vaat etmektedir.
Temel Çalışma Bileşenleri
Bilim Alanı
- 3B Biyobasım
- Kardiyak Doku Mühendisliği
- Rejeneratif Tıp
Arka Plan
- Kardiyak doku rejenerasyonu, kalp hastalıklarının tedavisi için kritik öneme sahiptir.
- Geleneksel yöntemler genellikle entegrasyonu sınırlayabilen biyomalzemelere dayanır.
- Yalnızca hücrelerin kullanılması, biyobasılmış dokuların işlevselliğini artırabilir.
- Hücre etkileşimlerini anlamak, başarılı doku mühendisliğinin anahtarıdır.
Çalışmanın Amacı
- Biyomalzemeler kullanmadan kardiyak doku için 3B biyobasım yöntemi geliştirmek.
- Biyobasılmış kardiyak yamaların mekanik entegrasyonunu değerlendirmek.
- Kalp hastalıklarını incelemek için bir model oluşturmak.
Kullanılan Yöntemler
- Kardiyomiyositlerin, endotel hücrelerinin ve fibroblastların izolasyonu ve sayımı.
- Hücrelerin istenen oranlarda karıştırılması ve ultra düşük yapışmalı 96 kuyucuklu plakalara dağıtılması.
- Kendi kendine atan sferoidlerin oluşması için hücrelerin inkübasyonu.
- Hücresel ekspresyonu ve entegrasyonu değerlendirmek için konfokal mikroskopi.
Ana Sonuçlar
- Karışık hücrelerden oluşturulan sferoidler spontan atım sergilemiştir.
- Konfokal mikroskopi, kardiyomiyositlerdeki temel proteinlerin ekspresyonunu doğrulamıştır.
- 3D biyoyazıcı, sferoidleri kardiyak yamalara başarıyla entegre etmiştir.
- Yamaların mekanik entegrasyonu kanıtlanmıştır.
Sonuçlar
- Biyomalzemeler olmadan 3D biyobasım uygulanabilir ve etkilidir.
- Bu yaklaşım, kardiyak doku rejenerasyonu için potansiyel göstermektedir.
- Bu yöntem, kalp hastalığı araştırmaları için değerli bir model teşkil edebilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Sektörel Uygulama ve Önemi
Bu yöntem, fonksiyonel kardiyak dokunun biyomalzeme kullanılmadan 3B biyobaskısını mümkün kılarak, preklinik hastalık modelleme ve rejeneratif tıp için mekanik olarak entegre doku yamaları üretmek amacıyla ölçeklenebilir bir yaklaşım sunar. Yalnızca hücrelerin kullanılması sayesinde, eksojen iskelelerden kaynaklanan değişkenliği azaltır ve ilaç yanıtı ile toksisite testlerinde fizyolojik uygunluğu artırır. Elde edilen kendiliğinden atan yamalar, kardiyovasküler keşif süreçlerinde erken aşama hedef doğrulamayı ve mekanistik risk azaltmayı destekler.
Biyofarma Ar-Ge'sinde Stratejik Uygulamalar
Erken Keşif ve Hedef Doğrulama
- Bilimsel Değer: Kardiyak doku oluşumu ve işlevindeki çok hücreli etkileşimlerin incelenmesine olanak tanır.
- Operasyonel Değer: Entegre kardiyomiyosit, endotelyal ve fibroblast ağları üzerindeki bileşik etkilerini değerlendirmek için tekrarlanabilir bir platform sağlar.
Tarama ve Analiz Geliştirme
- Bilimsel Değer: Kontraktiliteyle ilgili fonksiyonel okumalar sağlayan, mekanik olarak entegre yamalara dönüşen atan kardiyak sferoidler üretir.
- Operasyonel Değer: Biyobasım yoluyla hassas sferoid yerleşimi aracılığıyla doku mimarisinin standartlaştırılmasını destekleyerek analiz tutarlılığını artırır.
Translasyonel ve Preklinik Araştırmalar
- Bilimsel Değer: Patofizyolojiyi ve terapötik yanıtı incelemek için kalp dokusunun hastalıkla ilişkili 3B modellerini oluşturur.
- Operasyonel Değer: Biyobasılmış yamaların kültürde olgunlaşmasını sağlayarak doku entegrasyonu ve stabilitesinin boylamsal değerlendirmesini destekler.
Boru Hattı ve İş Akışı Entegrasyonu
İş akışı, sferoid üretimini ve biyobaskıyı, erken keşif ile preklinik doğrulama arasında bir köprü olarak konumlandırarak, sonraki aşamalardaki fonksiyonel değerlendirmeler için kompleks kardiyak dokuların oluşturulmasına olanak tanır.
- Keşif Biyolojisi: Tanımlanmış bir çok hücreli sistemde hücre-hücre etkileşimleri ve doku düzeyinde mekanik entegrasyon üzerine hipotez testlerini destekler.
- Tarama: Bileşik taraması için ölçülebilir kontraktil aktiviteye sahip, standardize edilmiş ve atan kardiyak yamalar sunar.
- Analitikler: Görüntüleme ve fonksiyonel okumalar aracılığıyla spontan atımın ve yapısal entegrasyonun ölçülmesini sağlar.
- Translasyonel Araştırma: Sferoid oluşumundan olgunlaşmış doku yamalarına kadar bir süreklilik sağlayarak gelişimsel ve hastalıkla ilişkili doku yeniden şekillenmesini modeller.
- Kurumsal Yeniden Kullanım: Birden fazla hedef ve endikasyon için kardiyak doku modelleri oluşturmaya yönelik yeniden kullanılabilir bir biyobasım süreci oluşturur.
Operasyonel ve Kurumsal Etki
- Bilimsel Değer: Doğal benzeri kardiyak doku mekaniğini ve hücresel entegrasyonu modelleyerek öngörü güvenilirliğini artırır.
- Operasyonel Değer: Biyomalzeme kaynaklı değişkenliği ortadan kaldırarak deneyler ve merkezler arasındaki tekrarlanabilirliği iyileştirir.
- Stratejik Değer: İnsanla ilişkili bir sistemde kardiyotoksik veya terapötik etkilerin erken tespitini sağlayarak geç evre başarısızlık riskini azaltır.
- Portföy Etkisi: Artırılmış model sadakati ve veri aktarılabilirliği yoluyla kardiyovasküler programlarda riske göre ayarlanmış kararlara temel oluşturur.
Uygulama Hususları
- Primer hücre izolasyonu, sferoid kültürü ve 3D biyoyazıcı kullanımı konusunda uzmanlık gerektirir.
- Vakum emiş özelliğine ve uyumlu iğne dizilerine sahip bir biyoyazıcıya erişime bağlıdır.
- Tutarlı sferoid oluşumu için standardize edilmiş hücre karıştırma oranları ve ultra düşük tutunma plakaları gereklidir.
- Fonksiyonel doku gelişimi için olgunlaşma süresinin ve medya koşullarının optimizasyonunu içerir.
- Biyoyazdırılmış yamaların mevcut ölçeği ve kırılganlık nedeniyle yazdırma sonrası dikkatli taşıma gereksinimi ile sınırlıdır.
