Construcción de Hojas modular de hidrogel para la arquitectura celular 3D a escala macro micropatterned
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
Los hidrogeles pueden ser modelados en la micro-escala utilizando tecnologías de microfluidos o micropatterning para proporcionar una geometría de tejido vivo -como (3D) tridimensional en. Los constructos celulares a base de hidrogel 3D resultantes se han introducido como una alternativa a los experimentos con animales para estudios biológicos avanzados, ensayos farmacológicos y las aplicaciones de trasplante de órganos. Aunque las partículas y fibras a base de hidrogel pueden ser fabricados fácilmente, es difícil manipularlos para la reconstrucción de tejidos. En este vídeo, se describe un método de fabricación de láminas de hidrogel de alginato micropatterned, junto con su montaje para formar un sistema de cultivo de células en 3D a escala macro con un microambiente celular controlada. Usando una forma de niebla del agente gelificante de calcio, hojas delgadas de hidrogel se generan fácilmente con un espesor en el rango de 100 – 200 m, y con micropatrones precisas. Las células pueden ser cultivadas a continuación, con la orientación geométrica de las hojas de hidrogel encondiciones independientes. Además, las láminas de hidrogel pueden ser manipulados fácilmente utilizando una micropipeta con una punta final de corte, y pueden ser montados en estructuras de varias capas por el apilamiento de ellos utilizando un polidimetilsiloxano modelado (PDMS) marco. Estas hojas de hidrogel modulares, que pueden ser fabricados utilizando un proceso Facile, tienen aplicaciones potenciales de los ensayos in vitro de drogas y estudios biológicos, incluyendo los estudios funcionales de micro y macroestructura y la reconstrucción de tejidos.
Introduction
Los hidrogeles son particularmente prometedores biomateriales, y se espera que ser importante en la biología básica, ensayos farmacológicos y la medicina. 1 Biofabrication de constructos celulares a base de hidrogel se ha sugerido para reducir el uso de los experimentos con animales, 2,3 reemplazar los tejidos trasplantables, 4 y mejorar ensayos basados en células. 5,6 que contiene agua-(carburos) materiales viscoelásticos (geles) permiten un gran número de células a encapsular y se mantiene en una estructura de andamio para controlar el microambiente celular 3D. En combinación con la orientación de las tecnologías de microfluidos o micropatterning, la geometría de las construcciones de hidrogel puede ser controlada con precisión a escala celular. Hasta la fecha, una variedad de formas de hidrogeles, incluyendo partículas, fibras 7 – 9, 10 – 12 y hojas, 13 – 15 años han sido utilizados como unidades de construcción en apro bottom-updolores a la fabricación de escala macro arquitecturas multi-celulares.
Ambas partículas y fibras a base de hidrogel se han fabricado fácil y rápidamente para aplicaciones como entornos celulares micro-escala, con controles de fluidos utilizando dispositivos de microfluidos. Sin embargo, como las unidades básicas de la ingeniería de tejidos, sería complicado para reorganizar ellos y para ampliar su volumen como construcciones a escala macro. 16 Es más difícil de lograr construcciones macro-escala que producir módulos básicos de tamaño micrométrico. Unidades similar a una lámina de construcciones a base de hidrogel pueden ser usados para aumentar el volumen de los andamios a través de un proceso de montaje simple. Consecuentemente, las capas apiladas de láminas de hidrogel proporcionan no sólo un aumento volumétrico sino también una extensión geométrica en un espacio 3D.
Hemos informado anteriormente de un método de fabricación de láminas de hidrogel micropatterned, 13-15 junto con su montaje en multi-layarquitecturas celulares Ered. La técnica permite micropatterning complejo y el diseño modular de los constructos celulares a través de un proceso de apilamiento de las estructuras de varias capas. A través de la fabricación de láminas de hidrogel modulares apilados, que se micropatterned, un sistema de cultivo celular 3D con un microambiente celular escala macro controlada puede ser realizado. Este protocolo de vídeo describe un método de fabricación sencilla pero potente que puede utilizarse para construir hojas de hidrogel modulares, basado en la línea celular de carcinoma de hígado humano (HepG2). Se demuestra en el presente documento sencilla manipulación de estas hojas de hidrogel modulares modelados, y su montaje en una estructura de múltiples capas.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este protocolo proporciona un método sencillo de fabricar láminas de hidrogel modulares, y montaje de ellos para formar andamios celulares 3D.
Para construir claras estructuras modeladas de alginato en un corto tiempo, deberíamos identificar un procedimiento de reticulación que pueden crear estructuras suficientemente rígido para mantener los complejos micropatrones del molde, así como mantener la viabilidad celular y el metabolismo. Hemos desarrollado un proceso de reticulación, incl…
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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