Construção de Fichas de hidrogel modular para micropadronadas Macro-escalado 3D Cellular Arquitetura
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
Os hidrogéis podem ser modelado na micro-escala utilizando tecnologias de microfluidos ou micropatterning para proporcionar uma geometria de tecido vivo -like (3D) tridimensional. As construções resultantes celulares baseados em hidrogel 3D foram introduzidos como uma alternativa para as experiências com animais para estudos biológicos avançados, os ensaios farmacológicos e as aplicações de transplantes de órgãos. Embora as partículas e fibras à base de hidrogel pode ser facilmente fabricado, é difícil para manipulá-los para a reconstrução de tecidos. Neste vídeo, nós descrevemos um método de fabrico de folhas de hidrogel de alginato micropatterned, juntamente com a sua montagem para formar um sistema de cultura celular 3D macro-escala com um microambiente celular controlada. Utilizando uma forma de névoa do agente gelificante de cálcio, folhas finas de hidrogel são facilmente gerado com uma espessura na gama de 100 – 200 um, e com micropadrões precisas. As células podem ser cultivadas, em seguida, com a orientação geométrica das folhas de hidrogel emcondições independentes. Além disso, as folhas de hidrogel pode ser prontamente manipulada utilizando uma micropipeta com uma ponta de corte final, e podem ser montados em estruturas de camadas múltiplas por empilhá-los utilizando um polidimetilsiloxano modelado (PDMS) moldura. Estas folhas de hidrogel modular, que pode ser fabricado usando um processo fácil, têm potenciais aplicações de ensaios in vitro e estudos biológicos de drogas, incluindo estudos funcionais de micro- e macro-estrutura e a reconstrução de tecidos.
Introduction
Os hidrogéis são particularmente promissores biomateriais, e espera-se ser importante na biologia de base, os ensaios farmacológicos e medicina. 1 Biofabrication celulares de construções à base de hidrogel foi sugerido para reduzir o uso de experiências com animais, 2,3 substituir tecidos transplantáveis, 4 e melhorar ensaios baseados em células. 5,6-di-hidro- (contendo água) materiais viscoelásticos (geles) permitir que um grande número de células a ser encapsulado e mantida em uma estrutura de andaime para controlar o microambiente celular 3D. Em combinação com a orientação de tecnologias de microfluidos ou micropatterning, a geometria das construções de hidrogel pode ser controlada com precisão à escala celular. Até à data, uma variedade de formas, incluindo hidrogéis de partículas, 7 – 9, fibras 10 – 12 folhas, e 13 – 15 foram utilizados como unidades de construção na ascendente aprodores para a fabricação de macro-escala arquitecturas multicelulares.
Ambas as partículas e fibras à base de hidrogel ter sido facilmente e rapidamente fabricados para aplicações como ambientes celulares micro-escala, com controles fluídicos usando dispositivos microfluídicos. No entanto, como as unidades básicas de tecidos artificiais, seria complicado para reorganizá-las e para ampliar seu volume de construções de macro-escala. 16 É mais difícil de alcançar construções macro-dimensionado do que produzir módulos básicos de tamanho mícron-. Unidades do tipo folha de construções à base de hidrogel podem ser utilizadas para aumentar o volume de andaimes por meio de um processo de montagem simples. Consequentemente, as camadas de folhas empilhadas hidrogel proporcionar não só um aumento volumétrico, mas também uma extensão geométrica no espaço 3D.
Temos anteriormente relatado um método de fabrico de folhas de hidrogel micropatterned, 13 – 15, juntamente com a sua montagem em multi-layarquiteturas celulares recer. A técnica permite micropatterning complexo e design modular de construções de celulares através de um processo de empilhamento de estruturas multi-camadas. Através do fabrico de folhas de hidrogel modulares empilhados, os quais são micropadronadas, um sistema de cultura de células em 3D com um microambiente celular de macro-escala controlada pode ser realizada. Este protocolo de vídeo descreve um método de fabrico simples mas eficiente que pode ser utilizado para a construção de folhas de hidrogel modulares, com base na linha de células de carcinoma de fígado humano (HepG2). Nós demonstramos aqui simples manipulação dessas folhas hidrogel modulares padronizados, e sua montagem em uma estrutura multi-camadas.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este protocolo proporciona um método simples de fabricar folhas de hidrogel modulares, e montá-los para formar suportes celulares 3D.
Para construir estruturas claras de alginato modelado num curto espaço de tempo, que deverá identificar um processo de ligação cruzada que pode criar estruturas suficientemente rígida para manter os micropadrões complexas do molde, bem como a manter a viabilidade celular e metabolismo. Desenvolvemos um processo de reticulação, incluindo uma transiç?…
Declarações
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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