सेल स्फेरॉइड के बड़े पैमाने पर विनिर्माण के लिए तीन आयामी ध्वनिक विधानसभा उपकरण
Summary
सेल spheroids जैविक अनुप्रयोगों के क्षेत्र में एक संभावित मॉडल माना गया है. यह आलेख एक 3 डी ध्वनिक विधानसभा डिवाइस, जो वर्दी सेल spheroids के मजबूत और तेजी से निर्माण के लिए एक कुशल विधि प्रदान करता है का उपयोग सेल spheroids पैदा scalably के लिए प्रोटोकॉल का वर्णन करता है.
Abstract
सेल spheroids तीन आयामी (3 डी) मॉडल है कि कई जैविक क्षेत्रों में व्यापक अनुप्रयोगों प्राप्त की है वादा कर रहे हैं. यह प्रोटोकॉल पैंतरेबाज़ी प्रक्रियाओं के माध्यम से 3 डी ध्वनिक विधानसभा डिवाइस का उपयोग करके उच्च-गुणवत्ता और उच्च-थ्रूपुट सेल स्फेरॉइड के निर्माण के लिए एक विधि प्रस्तुत करता है। ध्वनिक असेंबली डिवाइस में तीन लीड जिरकोनेट टाइटेनेट (पीजेडटी) ट्रांसड्यूसर होते हैं, जिनमें से प्रत्येक को एक वर्ग पॉलीमेथिल मेथैक्रिलेट (पीएमएमए) कक्ष के एक्स / वाई / जेड विमान में व्यवस्थित किया जाता है। यह कॉन्फ़िगरेशन लेविटेड ध्वनिक नोड्स (LANs) के 3D डॉट-सरणी पैटर्न की पीढ़ी को सक्षम बनाता है जब तीन सिग्नल लागू होते हैं। नतीजतन, जिलेटिन मेथैक्रिलॉयल (जेलएमए) समाधान में कोशिकाओं को लैन में संचालित किया जा सकता है, जिससे तीन आयामों में समान सेल समुच्चय बनते हैं। GelMA समाधान तो यूवी photocure और crosslinked एक मचान है कि सेल समुच्चय के विकास का समर्थन करता है के रूप में सेवा करने के लिए है. अंत में, परिपक्व spheroids के द्रव्यमान प्राप्त कर रहे हैं और बाद में हल्के शर्तों के तहत GelMA मचान भंग द्वारा पुनः प्राप्त. प्रस्तावित नया 3 डी ध्वनिक सेल असेंबली डिवाइस सेल स्फेरॉइड और यहां तक कि ऑर्गेनोइड के स्केल-अप निर्माण को सक्षम करेगा, जो जैविक क्षेत्र में महान संभावित तकनीक प्रदान करेगा।
Introduction
इन विट्रो संस्कृति मॉडल में 3 डी, जो पारंपरिक 2 डी संस्कृति मॉडल की तुलना में विवो जैसी संरचनात्मक और रूपात्मक विशेषताओं में अधिक प्रदान करते हैं, को ऊतक इंजीनियरिंग, रोग मॉडलिंग और ड्रग स्क्रीनिंग 1,2,3 जैसे विभिन्न बायोमेडिकल अनुप्रयोगों में आशाजनक प्रणालियों के रूप में मान्यता दी गई है. 3 डी संस्कृति मॉडल के एक प्रकार के रूप में, सेल spheroids आम तौर पर बढ़ाया सेल सेल और सेल मैट्रिक्स बातचीत 4,5,6 द्वारा विशेषता 3 डी गोलाकार संरचनाओं बनाने, सेल एकत्रीकरण का उल्लेख करते हैं. इसलिए, सेल spheroids fabricating विविध जैविक अध्ययन सक्षम करने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण बन गया है.
स्फेरॉइड प्राप्त करने के लिए हैंगिंग ड्रॉप7, नॉन-चिपकने वाली प्लेट्स8, या माइक्रोवेल डिवाइस9 सहित विभिन्न तकनीकों का विकास किया गया है। सिद्धांत रूप में, ये विधियां आमतौर पर कोशिकाओं और सब्सट्रेट के बीच बातचीत को कम करते हुए गुरुत्वाकर्षण बल जैसे भौतिक बलों का उपयोग करके सेल असेंबली की सुविधा प्रदान करती हैं। हालांकि, वे अक्सर श्रम-गहन प्रक्रियाओं को शामिल करते हैं, कम उत्पादकता रखते हैं, और अंडाकार आकार10,11 को नियंत्रित करने के लिए चुनौतियों का सामना करते हैं। महत्वपूर्ण रूप से, विशिष्ट जैविक अनुप्रयोगों को पूरा करने के लिए वांछित आकार और पर्याप्त मात्रा में एकरूपता के साथ स्फेरॉइड का उत्पादन अत्यंत महत्वपूर्ण है। उपर्युक्त तरीकों के विपरीत, ध्वनिक तरंगों, बाहरी बल संचालित तकनीक 12,13,14 के एक प्रकार के रूप में, उच्च गुणवत्ता और थ्रूपुट के साथ सेल spheroids के बड़े पैमाने पर विनिर्माण के लिए क्षमता से पता चला है, बाहरी बलों 15,16,17,18 के माध्यम से सेल एकत्रीकरण को बढ़ाने के सिद्धांत पर आधारित. विद्युत चुम्बकीय या चुंबकीय बलों के विपरीत, ध्वनिक आधारित सेल हेरफेर तकनीक गैर इनवेसिव और लेबल मुक्त हैं, उत्कृष्ट biocompatibility19,20 के साथ अंडाकार आकृति गठन को सक्षम करने.
आमतौर पर, खड़ी सतह ध्वनिक तरंगों (एसएडब्ल्यू) और थोक ध्वनिक तरंगों (बीएडब्ल्यू) आधारित उपकरणों को स्फेरॉइड उत्पन्न करने के लिए विकसित किया गया है, इसी खड़े ध्वनिक क्षेत्रों 21,22,23द्वारा उत्पादित ध्वनिक नोड्स (एएन) का उपयोग किया गया है। विशेष रूप से, सुविधाजनक निर्माण, आसान संचालन, और उत्कृष्ट मापनीयता के गुणों के साथ, BAWs पर आधारित ध्वनिक विधानसभा उपकरणों ने सेल स्फेरॉइड24,25 बनाने के लिए ध्यान आकर्षित किया है। हम हाल ही में उच्च throughput26 के साथ spheroids उत्पन्न करने की क्षमता के साथ एक आसान BAWs आधारित ध्वनिक विधानसभा डिवाइस विकसित किया है. प्रस्तावित उपकरण में एक वर्ग पॉलीमेथिल मेथैक्रिलेट (पीएमएमए) कक्ष होता है जिसमें तीन लीड जिरकोनेट टाइटेनेट (पीजेडटी) ट्रांसड्यूसर होते हैं जो क्रमशः एक्स/वाई/जेड विमान में व्यवस्थित होते हैं। यह व्यवस्था ड्राइविंग सेल असेंबली के लिए लेविटेड ध्वनिक नोड्स (एलएएन) के 3 डी डॉट-सरणी पैटर्न के निर्माण को सक्षम बनाती है। पहले रिपोर्ट किए गए बीएडब्ल्यू- या एसएडब्ल्यू-आधारित उपकरणों की तुलना में, जो केवल एएनएस 27,28,29 की 1 डी या 2 डी सरणी बना सकते हैं, वर्तमान डिवाइस जिलेटिन मेथैक्रिलॉयल (जेलएमए) समाधान के भीतर तेजी से सेल कुल गठन के लिए लैन के 3 डी डॉट-सरणी को सक्षम बनाता है। इसके बाद, सेल समुच्चय खेती के तीन दिनों के बाद photocure GelMA मचानों के भीतर उच्च व्यवहार्यता के साथ spheroids में परिपक्व. अंत में, समान आकार के साथ spheroids की एक बड़ी संख्या आसानी से बहाव अनुप्रयोगों के लिए GelMA मचान से प्राप्त किया गया.
Protocol
Representative Results
Discussion
3 डी ध्वनिक विधानसभा डिवाइस की तरह प्रौद्योगिकियों का उपयोग कर उच्च throughput के साथ सेल spheroids के कुशल और स्थिर निर्माण जैव चिकित्सा इंजीनियरिंग और दवा स्क्रीनिंग 1,2,3 को आगे ?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम को चीन के राष्ट्रीय कुंजी अनुसंधान और विकास कार्यक्रम (2022YFA1104600), और चीन के झेजियांग प्रांतीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन (LQ23H160011) द्वारा समर्थित किया गया था।
Materials
| 0.22-μm filter | Merck | SLGSM33SS | Used for GelMA solution sterilization |
| 35 mm-cell culture dish | Corning | 430165 | Used for culturing cells |
| Confocal microscope | Nikon | A1RHD25 | Fluorescent cell observation |
| DiO dye | Beyotime | C1038 | Dye used to stain cells |
| DMEM | Gibco | 12430054 | Cell culture media |
| FBS | Gibco | 10099141C | Cell culture media supplement |
| Function generator | Rigol | DG5352 | For RF signal generation |
| GelMA | Regenovo | none | Used to prepare bioink |
| GelMA lysis buffer | EFL | EFL-GM-LS-001 | Used to dissolve GelMA scaffolds |
| Inverted microscope | Nikon | Ti-U | Cell observation |
| LAP | Sigma-Aldrich | 900889 | Used as photoinitiator |
| Live-Dead kit | Beyotime | C2015M | Cell vability analysis |
| PBS | Gibco | 10010002 | Used as buffer |
| Penicillin-streptomycin | Gibco | 15070063 | Prevent cell culture contamination |
| Power amplifer | Minicircuit | LCY-22+ | Increase the voltage amplitude of the RF signal |
| PZT transducers | Yantai Xingzhiwen Trading Co.,Ltd. | PZT-41 | Functional units for acoustic assembly device |
| T25 cell culture flask | Corning | 430639 | Used for culturing cells |
| Trypan blue | Gibco | 15250061 | Cell counting |
| Trypsin-EDTA | Gibco | 25200056 | Cell dissociation enzyme |
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