3D Hücre Kültürü için Pulmoner Ekstrasellüler Matrix Ayarlanabilir Hidrojellerinin
Summary
Bu akciğer hücre dışı matristen 3 boyutlu hücre kültürü iskele oluşturmak için bir yöntemdir. Bozulmamış akciğer üç boyutlu hücrelerin büyümesini destekleyen hidrojeller olarak işlenir.
Abstract
Burada, in vitro akciğer hücre kültürü için çok bileşenli hücre kültürü hidrojeller oluşturulması için bir yöntem sunulmaktadır. Domuz, sıçan veya fare bloğun akciğer dokusunda es sağlıklı ile başlayarak, doku perfüze selüler artığın ayrılması için, daha sonraki kimyasal deterjanlar içinde kalmasını sağlar. işlem öncesi ve sonrası dokunun histolojik karşılaştırma çift sarmallı DNA ve alfa galaktosidaz boyama% 95'in üzerinde kaldırılmasını teyit hücresel enkaz çoğunluğu kaldırılır göstermektedir. Decellularization sonra, doku liyofılize edildi ve sonra toz haline cryomilled olup. Matris toz, bir asidik pepsin sindirim çözeltisi içinde 48 saat boyunca sindirilir ve daha sonra PREGEL çözelti oluşturmak için nötralize edilir. PREGEL çözeltisinin jelasyon, 37 ° C'de inkübe edilerek uyarılabilir ve hemen ardından nötralizasyon kullanılabilir veya iki haftaya kadar 4 ° C 'de muhafaza edilebilir. Kaplama C için muamele edilmemiş plaka PREGEL çözeltisi kullanılarak oluşturulabilirarşın eki. Hücreler, hücreleri iskele boyunca göç veya kaplamalar üzerinde kaplama sağlayan bir oluşturulmuş jelin yüzeyi üzerine kaplanmış, bir 3D kültür elde etmek için kendiliğinden montaj öncesinde PREGEL, içinde süspanse edilebilir. stratejiye değişiklikler jelasyon sıcaklığının, kuvvet ya da protein parçası boyutları etkileyebilir sunulmaktadır. hidrojel oluşumu ötesinde, hidrojel sertlik genipin kullanılarak arttırılabilir.
Introduction
Translating in vitro results to the clinic is one of the most challenging issues facing biomedical researchers. In vitro research on tissue culture plastic is easier, more convenient, and maintains high cell viability.1 This approach is a reasonable starting point, but the results have limited clinical translation. Increasingly, laboratories are incorporating three-dimensional constructs to replace the traditional two-dimensional methods. Reviews are available for many three-dimensional environments, from biological scaffolds to polymeric scaffolds.2,3
Biological frameworks can mimic characteristics of in vivo environments as they contain many of the protein and glycosaminoglycan components of the native matrix and provide familiar binding sites for cells to attach to and recognize. Extracellular matrix (ECM) derived materials have been shown to be capable scaffolds for cell attachment and proliferation.4 One challenge that limits the application of ECM hydrogel platforms stems from their inherently weak mechanical properties following gelation. Native tissue often has mechanical properties that are magnitudes higher than hydrogels. Non-toxic crosslinking agents can increase the mechanical properties of hydrogels to better mimic the native tissue environment. Genipin is a non-toxic, natural crosslinker derived from Gardenia plants with the ability to closely tailor mechanical properties of ECM with changes in genipin concentration5,6.
Nearly all cells in the body exist in, and organize on, ECM that they either produce or maintain. New focus on the universal importance of ECM in the organization, condition, and function in every organ or system has sparked the production of matrix based platforms for in vitro investigation. Porcine small intestine submucosa is the most extensively studied naturally-derived scaffold, and it has been used to regenerate tendons, ligaments, skeletal muscle4, and even bone7. Matrices from other organs and donor species have also demonstrated good tissue regeneration potential. The use of foreign ECM components causes minimal issues with immunomodulation. After elimination of host cellular matter, the remaining ECM will be similar in amino acid content and organization to all other mammalian species8. There is a growing line of thinking that the best way to examine cell-ECM interactions in vitro is to utilize organ-specific ECM scaffolds. Each organ provides a unique composition of proteins and proteoglycans to create cellular niches. Niches provide structural, functional and even the enzymatic breakdown of the extracellular matrix contributing to biophysical signaling. To attain an in vitro microenvironment most similar to the in vivo microenvironment, use of tissue specific ECM would optimize the cellular niches for research.
The goal of this protocol is to provide a method for establishing a hydrogel scaffold unique to the lung ECM. This method provides a platform for in vitro research on lung cell-ECM interactions.
Protocol
Representative Results
Discussion
biyoloji ayrılmaz yönlerinden biri belirli bir görevi gerçekleştirmek hiyerarşik yapıların içine moleküllerin öz-örgütlenme olduğunu. Laboratuarda 13, kendinden montaj gibi tuz konsantrasyonu, pH ve sindirim süresi gibi pek çok faktöre bağlıdır. Gösterildiği gibi, bir kendi kendini düzenleyen hidrojel çözünür proteinler fizyolojik sıcaklığında tekrar. Oluşan hidrojel in vitro hücresel yapışma ve canlılık geliştirme kapasitesine sahiptir.
<p class="jove_conten…Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Biz sağlam domuz akciğer dokusu bağış için Smithfield çiftlikleri teşekkür etmek istiyorum. Biz de bize kendi ekipman kullanmak için izin Dr. Hu Yang, Dr. Christina Tang ve VCU Plastik Cerrahi Bölümü'ne teşekkür etmek istiyorum. Hidrojel ve doku örnekleri finansman formu NIH-NCI Kanser Merkezi Destek Grant, kısmen, NIH-NINDS Merkezi Çekirdek Grant 5 P30 NS047463 dan fon tarafından, kısmen desteklenen Anatomi ve Nörobiyoloji Mikroskopi Tesisi VCU Bölümü'nde SEM için hazırlandı P30 CA016059. VCU Nanoteknoloji Çekirdek Karakterizasyonu Tesisi (KKK) numunelerin SEM görüntüleme. Bu çalışma, Ulusal Bilim Vakfı, CMMI 1351162 tarafından finanse edildi.
Materials
| Triton X-100 | Fisher Scientific | BP151-100 | Use in fume hood with eye protection and gloves. |
| Sodium Deoxycholate | Sigma-Aldrich | D6750-100g | Use with eye protection and gloves. |
| Magnesium Sulfate | Sigma-Aldrich | M7506-500g | None |
| Calcium Chloride | Sigma-Aldrich | C1016-500g | None |
| DNase | Sigma-Aldrich | D5025-150KU | None |
| HCl | Sigma-Aldrich | 258148-500ML | Use with eye protection and gloves. |
| Pepsin | Sigma-Aldrich | P6887-5G | Use in fume hood with eye protection and gloves. |
| Sodium Hydroxide | Fisher Scientific | BP359-500 | Use with eye protection and gloves. |
| Genipin | Wako Chemicals | 078-03021 | Use in fume hood with eye protection and gloves. |
| PBS 10x | Quality Biological | 119-069-151 | None |
| PBS | VWR | 45000-448 | None |
| Filter Paper | Whatman | 8519 | N/A |
| Hand pump | Fisher Scientific | 10-239-1 | N/A |
| Graduate Beaker | VitLab | 445941 | N/A |
| Cryomill | SPEX | 6700 | Use cryogloves and eye protection. |
| Lyophilizer | FTS FlexiDry | Use gloves. | |
| Rheometer | Discovery | HR-2 | Use gloves and eye protection. |
Referencias
- Lee, J., Cuddihy, M., Kotov, N. . Three-Dimensional Cell Culture Matrices: State of the Art. 14, (2008).
- Haycock, J. W. . 3D Cell Culture. , (2011).
- Walker, J. M., Ed, . Epithelial cell culture protocols. , (2012).
- Badylak, S. F., Freytes, D. O., Gilbert, T. W. Extracellular matrix as a biological scaffold material: Structure and function. Acta Biomater. 5 (1), 1-13 (2009).
- Koo, H. -. J., Lim, K. -. H., Jung, H. -. J., Park, E. -. H. Anti-inflammatory evaluation of gardenia extract, geniposide and genipin. J. Ethnopharmacol. 103 (3), 496-500 (2006).
- Jeffords, M. E., Wu, J., Shah, M., Hong, Y., Zhang, G. Tailoring Material Properties of Cardiac Matrix Hydrogels to Induce Endothelial Differentiation of Human Mesenchymal Stem Cells. ACS Appl. Mater. Interfaces. 7 (20), 11053-11061 (2015).
- Suckow, M. A., Voytik-Harbin, S. L., Terril, L. A., Badylak, S. F. Enhanced bone regeneration using porcine small intestinal submucosa. J. Invest. Surg. 12 (5), 277-287 (1998).
- Brown, B. N., Badylak, S. F. Extracellular matrix as an inductive scaffold for functional tissue reconstruction. Transl. Res. J. Lab. Clin. Med. 163 (4), 268-285 (2014).
- Pouliot, R. A., et al. Development and characterization of a naturally derived lung extracellular matrix hydrogel. J.Biomed.Mater.Res.A. , (2016).
- Price, A. P., England, K. A., Matson, A. M., Blazar, B. R., Panoskaltsis-Mortari, A. Development of a decellularized lung bioreactor system for bioengineering the lung: the matrix reloaded. Tissue Eng. Part A. 16 (8), 2581-2591 (2010).
- Freytes, D. O., Martin, J., Velankar, S. S., Lee, A. S., Badylak, S. F. Preparation and rheological characterization of a gel form of the porcine urinary bladder matrix. Biomaterials. 29 (11), 1630-1637 (2008).
- Tilghman, R. W., et al. Matrix rigidity regulates cancer cell growth and cellular phenotype. PloS One. 5 (9), e12905 (2010).
- Ratner, B. D., Bryant, S. J. Biomaterials: where we have been and where we are going. Annu. Rev. Biomed. Eng. 6, 41-75 (2004).
- Fridman, R., Benton, G., Aranoutova, I., Kleinman, H. K., Bonfil, R. D. Increased initiation and growth of tumor cell lines, cancer stem cells and biopsy material in mice using basement membrane matrix protein (Cultrex or Matrigel) co-injection. Nat Protoc. 7 (6), 1138-1144 (2012).
- Zhang, W. -. J., et al. The reconstruction of lung alveolus-like structure in collagen-matrigel/microcapsules scaffolds in vitro. J. Cell. Mol. Med. 15 (9), 1878-1886 (2011).
- Booth, A. J., et al. Acellular Normal and Fibrotic Human Lung Matrices as a Culture System for In Vitro Investigation. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 186 (9), 866-876 (2016).
- Matsuda, A., et al. Evidence for human lung stem cells. N. Engl. J. Med. 364 (19), 1795-1806 (2011).
- Zuo, W., et al. p63+Krt5+ distal airway stem cells are essential for lung regeneration. Nature. 517 (7536), 616-620 (2015).
- Keane, T. J., Londono, R., Turner, N. J., Badylak, S. F. Consequences of ineffective decellularization of biologic scaffolds on the host response. Biomaterials. 33 (6), 1771-1781 (2012).
- Neill, J. D., et al. Decellularization of human and porcine lung tissues for pulmonary tissue engineering. Ann Thorac Surg. 96 (3), 1046-1055 (2013).
