Röportaj: Kök Hücre Araştırma ve Yüzey-Modifiye 3D-Yapı iskeleleri Biyoreaktörler

Benim adım Karlan ve Biyolojik Arayüzler Enstitüsü'nde biyofizikçi olarak çalışıyorum. Cal Screw Institute of Technology'de, fonksiyonel dokuların yetiştirilmesi ve kök hücre araştırmaları için biyoreaktörler ve yüzey modifiye edilmiş üç boyutlu iskeleler geliştiriyoruz, esas olarak hücrelerin yapay ortamlarıyla etkileşimi ile ilgileniyoruz. 2003 yılında bir nature dergisi bu soruyu düz biyoloji tarafından sordu ve soru şu: Bu ne anlama geliyor?

Geçmişte, birçok in vitro kültür sistemi, özellikle tek katmanlı kültürler, örneğin, farklılaşmış birincil hücrelerin nispeten kısa bir ömre sahip olması ve kültür sırasında farklılaşması dezavantajlarından muzdaripti. Bu, organa özgü işlevlerinin çoğunu çok hızlı bir şekilde kaybettikleri anlamına gelir. Bu nedenle, in vitro olarak bu hücreler için daha iyi koşullar oluşturmak için, geleneksel tek katmanlı kültürlerde birçok farklı modifikasyon ve adaptasyon yapılmıştır.

Ve bu, kültür ortamının bileşimini ve hücrelerin ağırlıklı olarak tek tabakalar oluşturduğu kültür kaplarının kaplanmasını içerir. Ve tüm bu yaklaşımlar, hücreden hücreye iletişimin yanı sıra hücre matrisi etkileşimlerinin de önemini göstermektedir. Bir diğer önemli husus, örneğin, in vivo olarak birçok hücrenin ortak özelliği olan boşluk bağlantı kompleksleri tarafından gerçekleştirilen hücreye özgü bağlamların kurulması gibi görünmektedir.

Konvansiyonel monotabaka kültürlerde boşluk kavşak iletişimi hızla kaybolur. Uzun zamandır. Steroid tekniği kullanılarak hücrelerin doku benzeri bir düzenlemesini bir dereceye kadar in vitro olarak yeniden kurmak mümkündür.

Laboratuvarımızdan bir örnek, yetişkin ru hepatositlerin bile steroid oluşturabildiğini ve bu agregalarda en az haftalarca canlı kalabildiğini gösterebilmemizdi. Hepatositler birbirleriyle yakın temas halinde kalırlar, hücresel iletişimi teşvik ederler ve bu da hepatosite özgü fonksiyonların stabilizasyonu ile sonuçlanır. Ancak bu geleneksel üç boyutlu kültür tekniğinin birçok dezavantajı olduğunu da bulduk.

Toplam boyut kritiktir. Büyük agrega çapları için nekrozu indükleyebilirler ve çoğu durumda orta hacim / hücre oranı uygun değildir. Ayrıca, kesme kuvvetleri ve eğirme kültürleri sorunlu olabilir.

Canlı organizmalardaki organlar ve dokular, diğerlerinin yanı sıra, çok yüksek hücre yoğunlukları ile karakterize edilir, ayrıca maddelerin bu doku katmanları boyunca yönlendirilmiş aktif taşınması önemli bir özelliktir. Bu nedenle, gerçekçi organotipik in vitro doku modelleri bu doğal mimariyi en yakından yeniden inşa etmelidir. Ve bu tür sistemlerin sınırlandırılması için önemli bir belirleyici, ortamın hücre hacmine uygun oranıdır.

Daha önce de belirttiğim gibi, hücre agregalarının üç boyutlu kültürü için eşit boyutta bir kap sunan, hassas bir mikro yapılı polimer iskelesi olarak şekillendirilmiş uygun bir hücre muhafazası tasarladık. Polimer iskelesi için tercihen PMMA veya PC polieter, ate veya polikarbonat kullanıyoruz. Ve bu, bu kapların 1000'inden daha yoğun bir dizi sunan, bir santimetre karelik mikro yapılı bir plantar cihazdan oluşur.

Hücre agregalarının üç boyutlu kültürü için, birkaç hafta boyunca 3D hücre kültürü için uygun olduğu gösterilmiştir. Ve dizideki bu küçük kübik kapların her birinin kenar uzunluğu yaklaşık 300 Mikrometredir. Bu iskelenin ve çevrenin özel tasarımı, yani kuluçka odası anlamına gelir.

Ector ortamı ve gaz beslemesi, farklı ortam besleme modlarına izin verir. İlk süper füzyon. Bu, dokunun her iki tarafının da ayrı ayrı beslenme ortamı ve ikinci olarak perfüzyon tarafından sağlandığı anlamına gelir.

Bu, orta akışın doku tabakasına nüfuz etmeye zorlandığı anlamına gelir. Perfüzyon modu, in vivo vaskülarizasyonu daha iyi taklit eden koşullar oluşturmak için kullanılabilir, ancak karışık bir perfüzyon ve süperfüzyon modu bile mümkündür. Farklı hücre gemisi nesilleri geliştirilmiştir.

Her nesil, herhangi bir özel uygulamanın ihtiyaçlarını karşılamak için belirli bir tasarımla kullanılabilir. Örneğin, tek ve çift gemi biyoreaktörlerinin tasarımlarının yanı sıra ayrı ayrı adreslenebilir çoklu titre düzenlemeleri veya oldukça paralel Varyans inşa edilmiştir. Son nesil için yükseltilmiş versiyonlar olarak Mikro ısıyla şekillendirilmiş kaplar olarak adlandırılan bu farklı formlardan, bu 3D şekillendirilmiş kapların tüm yüzeyini değiştirmek için ek olanak sunan belirli bir teknoloji geliştirilmiştir, bu da burada, bir yüzey deseni ve sinyal molekülleri ile mikron altı bir ölçek bile mümkündür.

Ayrıca, sensörler ve sinyal elektrotları dahil edilebilir. Uygulamalar, temel araştırma ve hücre biyolojisinden toksikoloji ve farmakolojiye ve ayrıca mümkün olduğunca yüksek verimli taramaya kadar uzanmaktadır. Sonunda çok önemli bir nokta, mikro termoform çiplerimizin son neslinin, ucuz seri üretim ve dolayısıyla diğer laboratuvarlarda uygulama için süreçlere izin verecek şekilde optimize edilmiş olmasıdır.