Construction de feuilles d'hydrogel modulaire pour micropatterned macro-échelle 3D Cellular architecture
Summary
We describe the fabrication of micropatterned hydrogel sheets using a simple process, which can be assembled and manipulated in a freestanding form. Using these modular hydrogel sheets, a simple macro-scaled 3D cell culture system can be generated with a controlled cellular microenvironment.
Abstract
Hydrogels peuvent être modelés à la micro-échelle en utilisant des technologies microfluidiques ou micromodelage de fournir une vivo -comme géométrie en trois dimensions (3D) des tissus. Les constructions 3D résultant base d'hydrogel-cellulaires ont été introduits comme une alternative à l'expérimentation animale pour les études biologiques de pointe, essais pharmacologiques et les applications de transplantation d'organes. Bien que les particules et fibres à base hydrogel peuvent être facilement fabriqués, il est difficile de les manipuler pour la reconstruction tissulaire. Dans cette vidéo, nous décrivons un procédé de fabrication de feuilles d'hydrogel d'alginate microélectrodes, ainsi que leur assemblage pour former un système de culture cellulaire 3D macro-échelle avec un microenvironnement cellulaire contrôlée. Utilisation d'une forme de brouillard de l'agent gélifiant de calcium, de minces feuilles d'hydrogel peuvent être facilement générées avec une épaisseur dans la plage de 100 – 200 pm, et avec micropatterns précises. Les cellules peuvent ensuite être cultivées à l'orientation géométrique des feuilles d'hydrogel dansconditions autonome. En outre, les feuilles d'hydrogel peuvent être facilement manipulées en utilisant une micropipette avec une extrémité de bout en coupe, et peuvent être assemblés en structures multicouches en les empilant l'aide d'un polydiméthylsiloxane à motifs (PDMS) de trame. Ces feuilles d'hydrogel modulaires, qui peuvent être fabriqués en utilisant un procédé facile, ont des applications potentielles des essais di vitro de médicaments et les études biologiques, y compris les études fonctionnelles des micro- et macrostructure et la reconstruction des tissus.
Introduction
Les hydrogels sont particulièrement prometteurs biomatériaux, et devraient être importantes en biologie fondamentale, essais pharmacologiques et de la médecine. 1 Biofabrication de constructions cellulaires à base hydrogel a été suggéré de réduire l'utilisation de l'expérimentation animale, 2,3 remplacer des tissus transplantables, 4 et améliorer tests cellulaires. 5,6 contenant de l'eau-hydrocarbures) (matériaux viscoélastiques (gels) permettent à un grand nombre de cellules à encapsuler et maintenu dans une structure d'échafaudage pour contrôler le microenvironnement cellulaire 3D. En combinaison avec la direction des technologies microfluidiques ou micromodelage, la géométrie des constructions d'hydrogel peut être contrôlée avec précision à l'échelle cellulaire. A ce jour, une variété de formes d'hydrogels, notamment des particules, 7 – 9, 10 fibres – 12 et des feuilles, des 13 – 15 ont été utilisés comme unités de construction dans bottom-up approcourbatures à la fabrication de la macro-échelle des architectures multi-cellulaires.
Les deux particules et fibres à base hydrogel ont été facilement et rapidement fabriqués pour des applications comme les environnements cellulaires micro-échelle, avec des commandes fluidiques utilisant des dispositifs microfluidiques. Cependant, comme les unités de base de tissus d'ingénierie, ce serait compliqué pour les réorganiser et d'élargir leur volume comme des constructions macro-échelle. 16 Il est plus difficile de parvenir à des constructions macro-échelle que de produire des modules de base de taille micronique. Unités de constructions à base d'hydrogel-feuille peuvent être utilisés pour augmenter le volume des échafaudages via un processus d'assemblage simple. Par voie de conséquence, des couches empilées de feuilles d'hydrogel fournissent non seulement une augmentation volumétrique, mais aussi une extension géométrique dans un espace 3D.
Nous avons précédemment rapporté un procédé de fabrication de feuilles d'hydrogel microélectrodes, de 13 à 15 ainsi que leur assemblage en multi-layarchitectures cellulaires Ered. La technique permet micromodelage complexe et de la conception modulaire des constructions cellulaires par l'intermédiaire d'un processus d'empilement de structures multicouches. Grâce à la fabrication de feuilles empilées d'hydrogel modulaires, qui sont microélectrodes, un système de culture cellulaire 3D avec un microenvironnement cellulaire macro-échelle contrôlée peut être réalisée. Ce protocole de vidéo décrit un procédé simple mais puissant de fabrication qui peut être utilisé pour construire des feuilles d'hydrogel modulaires, basé sur la lignée cellulaire de carcinome de foie humain (HepG2). Nous démontrons ici manipulation simple de ces feuilles d'hydrogel modulaires motifs, et leur assemblage dans une structure multi-couches.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ce protocole fournit une méthode simple de fabrication de feuilles d'hydrogel modulaires, et de les assembler pour former des échafaudages cellulaires 3D.
Pour construire des structures d'alginate à motifs claires dans un court laps de temps, nous devrions identifier un processus de réticulation qui peut créer des structures suffisamment rigides pour maintenir les micropatterns complexes du moule, ainsi que de maintenir la viabilité des cellules et le métabolisme. Nous avons d…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This research was supported by a National Leading Research Laboratory Program (Grant NRF-2013R1A2A1A05006378) through the National Research Foundation of Korea funded by the Ministry of Science, ICT and Future Planning. The authors also acknowledge a KAIST Systems Healthcare Program.
Materials
| Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit | Dow Corning Corporation | 000000000001064291 | |
| Pluronic F-127 | Sigma-Aldrich | P2443 | Powdered nonionic surfactant |
| Alginic acid sodium salt, low viscosity | Alfa Aesar | B25266 | |
| Calcium chloride dihydrate | Sigma-Aldrich | C7902 | |
| Ultrasonic humidifier | MediHeim | MH-2800 | Modified equipment, Maximum sprayed rate: 250 mL/h |
| Nylon net filter hydrofilic, 180 μm | EMD Millipore | NY8H04700 | |
| Polycarbonate mold | Customized mold for fabrication of a PDMS frame pattern |
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