Hoewel 2D celkweek wijd in kankeronderzoek gebruikt wordt, bestaan beperkingen als de cellen worden gekweekt in een opmaak monolayer met een uniforme concentratie van voedingsstoffen en zuurstof. Deze culturen ontbreken belangrijke cel-cel en cel-matrix interacties in de communicatie van de oorspronkelijke tumor (TME). Daarom recapituleren deze modellen slecht fysiologische omstandigheden, wat resulteert in de afwijkende cel gedrag, met inbegrip van onnatuurlijke morphologies, onregelmatige receptor organisatie, membraan polarisatie en abnormale genexpressie, onder andere voorwaarden1,2,3,4. Aan de andere kant, biedt 3D-celkweek, waar cellen worden uitgevouwen in een volumetrische ruimte als aggregaten, spheroïden of organoids, een alternatieve techniek om nauwkeuriger in vitro omgevingen inrichten om te bestuderen fundamentele celbiologie en fysiologie. 3D cel cultuur modellen kunnen ook het aanmoedigen van cel-ECM interacties die kritische fysiologische kenmerken van de inheemse TME in vitro1,4,5 zijn. De opkomende 3D bioprinting technologie biedt mogelijkheden om te bouwen van modellen die de heterogene TME na te bootsen.
3D bioprinting is afgeleid van snelle prototyping en maakt de fabricage van 3D microstructuren die kunnen nabootsen van sommige van de complexiteit van levende weefsel monsters6,7. De huidige bioprinting methoden omvatten inkjet-, extrusie- en laser-assisted afdrukken8. Onder hen kunt de methode van de extrusie de heterogeniteit binnen de afgedrukte matrices worden gecontroleerd door het juist positioneren van verschillende soorten materialen op verschillende locaties van de eerste. Daarom is het de beste aanpak te fabriceren van heterogene in vitro modellen waarbij meerdere soorten cellen of matrices. Extrusie bioprinting is met succes gebruikt om te bouwen van auricular gevormde steigers9, vasculaire structuren10,11,12, en de huid weefsels13, wat resulteert in hoge afdrukken trouw en cel levensvatbaarheid. De technologie beschikt ook over veelzijdige materiële selecties, de mogelijkheid om te storten materialen met cellen ingebed met een bekende dichtheid, en hoge reproduceerbaarheid14,15,16,17 . Natuurlijke en synthetische hydrogels worden vaak gebruikt als bioinks voor 3D bioprinting als gevolg van hun biocompatibiliteit, topicale en hun hydrofiele netwerken die kunnen worden ontworpen om te lijken structureel op de ECM7,18 ,19,20,21,22,23. Hydrogels zijn ook voordelig aangezien zij zelfklevende sites voor cellen, structurele elementen, permeabiliteit voor voedingsstoffen en gassen opnemen kunnen en de juiste mechanische eigenschappen te moedigen cel ontwikkeling24. Bijvoorbeeld, bieden collageen hydrogels integrine anchorage sites die cellen gebruiken kunnen om te koppelen aan de matrix. Gelatine, gedenatureerde collageen, behoudt vergelijkbare cel adhesie sites. Daarentegen alginaat is bioinert maar geeft een mechanische integriteit door de vorming van crosslinks met divalente ionen25,26,27,28.
In dit werk ontwikkelden we een samengestelde hydrogel als een bioink, samengesteld uit alginaat en gelatine, met overeenkomsten met de microscopische architectuur van een inheemse tumor stroma. Borstkankercellen en fibroblasten werden ingesloten in de hydrogels en afgedrukt via een extrusie gebaseerde bioprinter om te maken van een 3D-model dat de communicatie in vivo nabootst. De gemanipuleerde 3D-omgeving kunnen kankercellen aan vormen van meercellige tumor spheroïden (MCTS) met een hoge levensvatbaarheid voor lange periodes van cultuur van de cel (> 30 dagen). Dit protocol laat zien van de methoden van samengestelde hydrogels synthese, karakterisering van de materialen microstructuur en bedrukbaarheid, bioprinting cellulaire heterogene modellen, en observeren van de vorming van MCTS. Deze methoden kunnen worden toegepast op andere bioinks in de bioprinting van de extrusie ook over verschillende ontwerpen van heterogene weefsel modellen met mogelijke toepassingen in drug screening, cel migratie tests en studies die gericht zijn op fundamentele cel fysiologische functies.
Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen op het gebied van kankerbiologie, zoals tumorvorming, het volgen van celmigratie, en signaaloverdracht van kanker- en gezonde cellen. Het grote voordeel van deze techniek is dat het ons in staat stelt om tumorigenese te bestuderen in een 3D-omgeving samen met stromacellen, zoals fibroblasten, met lage kosten en hoge reproduceerbaarheid. Het is belangrijk om ervoor te zorgen dat de materialen zowel bioprintbaar als biofunctioneel zijn, wat een kwantitatief onderzoek van de reologische eigenschappen en celcompatibiliteit vereist.
Visuele demonstratie van deze methode is cruciaal omdat de hydrogelvoorbereiding en de stappen voor het mengen van cellen met hydrogel moeilijk te leren zijn omdat het ontstaan van luchtbellen de nauwkeurigheid van het gedrukte model verstoort. Meng in een bioveiligheidskabinet drie gram alginaat en zeven gram gelatinepoeder in een 250-milliliter beker. Voeg een magnetische roerder en 100 milliliter DPBS toe.
Versluit de beker met steriele paraffinefolie en aluminiumfolie om besmetting te voorkomen. Toon vervolgens de deelnemer de unieke en specifieke polaire grafieken die overeenkomen met hun