Modellazione della geometria delle colonie di cellule staminali embrionali umane su substrati conformi per controllare la meccanica a livello di tessuto

Jonathon  M. Muncie; Roberto Falcón-Banchs; Johnathon  N. Lakins; Lydia  L. Sohn; Valerie  M. Weaver

doi:10.3791/60334

È richiesta un abbonamento a JoVE per visualizzare questo contenuto. Accedi o inizia la tua prova gratuita.

Articolo metodologico

Modellazione della geometria delle colonie di cellule staminali embrionali umane su substrati conformi per controllare la meccanica a livello di tessuto

7.3K visualizzazioni

⸱

DOI:

10.3791/60334

⸱

28 settembre 2019

Jonathon M. Muncie¹^,² , Roberto Falcón-Banchs¹ , Johnathon N. Lakins² , Lydia L. Sohn¹^,³ , Valerie M. Weaver²^,⁴^,⁵^,⁶

¹Graduate Program in Bioengineering, University of California San Francisco and University of California Berkeley, ²Center for Bioengineering and Tissue Regeneration, Department of Surgery, University of California San Francisco, ³Department of Mechanical Engineering, University of California Berkeley, ⁴Eli and Edythe Broad Center of Regeneration Medicine and Stem Cell Research, University of California San Francisco, ⁵UCSF Comprehensive Cancer Center, Helen Diller Family Cancer Research Center, University of California San Francisco, ⁶Department of Anatomy, Department of Bioengineering and Therapeutic Sciences, and Department of Radiation Oncology, University of California San Francisco

In questo articolo

Sommario

I ligandi a matrice extracellulare possono essere modellati su idrogel di poliacrilammide per consentire la coltura di cellule staminali embrionali umane in colonie confinate su substrati conformi. Questo metodo può essere combinato con la microscopia a forza di trazione e i saggi biochimici per esaminare l'interazione tra la geometria dei tessuti, le forze generate dalle cellule e le specifiche del destino.

Abstract

Le cellule staminali embrionali umane dimostrano una capacità unica di rispondere ai morfogeni in vitro mediante modelli auto-organizzanti di specifiche del destino cellulare che corrispondono alla formazione primaria dello strato germinale durante l'embriogenesi. Così, queste cellule rappresentano un potente strumento con cui esaminare i meccanismi che guidano il primo sviluppo umano. Abbiamo sviluppato un metodo per la coltura di cellule staminali embrionali umane in colonie confinate su substrati conformi che fornisce il controllo sia sulla geometria delle colonie che sul loro ambiente meccanico al fine di ricapitolare i parametri fisici che embriogenesi. La caratteristica chiave di questo metodo è la capacità di generare idrogel di poliacrilammide con modelli definiti di legamento matrice extracellulare in superficie per promuovere l'attaccamento cellulare. Ciò si ottiene fabbricando stencil con i motivi geometrici desiderati, utilizzando questi stencil per creare modelli di ligando a matrice extracellulare su coperchi di vetro, e trasferendo questi modelli agli idrogel poliacrilamiti durante la polimerizzazione. Questo metodo è anche compatibile con la microscopia a forza di trazione, consentendo all'utente di misurare e mappare la distribuzione delle forze generate dalle cellule all'interno delle colonie confinate. In combinazione con i saggi biochimici standard, queste misurazioni possono essere utilizzate per esaminare il ruolo dei segnali meccanici nelle specifiche del destino e nella morfogenesi durante lo sviluppo umano precoce.

Introduzione

Le cellule staminali embrionali umane (HESC) sono molto promettenti per l'uso nella medicina rigenerativa e nelle applicazioni di ingegneria tissutale. La natura pluripotente di queste cellule dà loro la capacità di differenziarsi in qualsiasi tipo di cellula adulta. Mentre sono stati fatti grandi passi avanti nel dirigere il destino degli hESC verso particolari tipi di cellule, è rimasto molto difficile generare tessuti interi o organi de novo¹^,²^,3^,⁴^, ⁵. Ciò è dovuto, in gran parte, ad una compre....