엔지니어링 섬유소 기반 조직의 면역 조직 및 제약 조건의 적용에서 생성하고 세포와 콜라겐 (재) 조직을 유도하는 스트레인
Summary
이 모델 시스템은 비파괴 방식으로 내생 콜라겐 (재) 조직 리얼 타임으로 공부하는 데 사용할 수있는 근섬유 채워진 섬유소 젤에서 시작됩니다. 모델 시스템은 서로 다른 세포 소스, 중간 첨가제와 함께 사용할 수있는, 매우 조정할 수 있으며, 특정 요구에 쉽게 적용 할 수 있습니다.
Abstract
콜라겐 함량과 콜라겐 조직 개발 조직은 지방 조직의 긴장과 조직의 제약 조건에 의해 영향을받을 수있다. 조직 엔지니어는 미리 정의 된 콜라겐 구조와 조직을 만들려면 다음 원칙을 사용하는 것을 목표로하고 있습니다. 최종 조직 구조를 제어하는 콜라겐 리모델링의 정확한 기본 프로세스의 완전한 이해는, 그러나, 부족이다. 특히, 약간은 조직의 기계적 부하 조건 변화에 따라 콜라겐 섬유의 (재) 방향에 대한 알려져있다. 우리는 더 콜라겐을 명료하게, 이축이 제한된 근섬유-시드 섬유소 구조로 구성된 체외 모델 시스템을 개발 I 님의 질문에 (재) 방향) 단축 정적 하중 조건 및 II에 이축 복귀) 이축 – 제약의주기 단축 하중은 FlexCell의 FX4000T 로딩 장치의 사용과, 방향로드의 변화 전후의 구조. 시간 경과 공 촛점 이미징은 vi를하는 데 사용됩니다비파괴 방식으로 콜라겐 (재) 방향을 sualize.
구조의 셀 콜라겐 조직은 실시간으로 시각화 할 수 있으며, 내부 참조 시스템은 우리가 시간 경과 분석을위한 세포와 콜라겐 구조를 재배치 할 수 있습니다. 모델 시스템의 다양한 측면은 세포의 소스 또는 건강하고 병에 걸린 세포의 사용과 같이 조정할 수 있습니다. 첨가물 예를 MMPs를 추가 또는 인테그린을 차단하는으로, 더 메커니즘을 기본 콜라겐 리모델링을 명료하게 할 수 있습니다. 구조의 모양과 크기는 쉽게 세포와 콜라겐 (재) 조직을 연구하는 고도 조정 가능한 모델 시스템의 결과로, 특정 요구에 적용 할 수 있습니다.
Introduction
심장 혈관 조직은 탁월한 하중 기능을 가지고 있습니다. 세포 외 기질의 콜라겐 섬유의 특정 내용과 조직의 하중 특성에 기여하고 전체 조직의 힘 1을 지배. 조직 공학 구조물의 기계적 조절이 사용됩니다 – 일반적으로 (주기적) 긴장 요법으로 구성 – 조직의 조직과 기계적 성질 2,3을 향상 할 수 있습니다. 미리 정의 된 콜라겐 구조를 가진 조직을 만드는 복잡한 조직 형상의 변형에 의한 콜라겐 조직의 완전한 이해는 아직 달성되었다 아닙니다. 이 개발 조직에 콜라겐 리모델링 우리의 제한된 지식에 주로 때문입니다. 기존 모델은 주로 정적 변형률 4-6의 사용과 콜라겐 리모델링의 최종 그물 결과에 대한 정보를 제공합니다. 여기에 우리가 영향을 받아 3D로, 실시간 방식으로 콜라겐 (재) 조직의 연구를 할 수있는 고도 조정 가능한 모델 시스템을 제공정적 또는 주기적 변형. 조직 구조는 구조의 모든 콜라겐 내생 것을 보장 섬유소 기반으로하고 있습니다. 구조의 셀 콜라겐 조직은 시각, 그리고 내부 참조 시스템은 우리가 시간 경과 분석을위한 세포와 콜라겐 구조를 재배치 할 수 있습니다. 이러한 세포는 기초하여 향상된 여분의 세포 매트릭스 생산 및 엔지니어링 심장 혈관 조직 7 매트릭스와 우리의 설립을 사용 개조 할 수있는 능력에 대한 알려져 있기 때문에이 프로토콜에서 우리는, 인간 베나 Saphena 세포 (HVSCs)를위한 모델 시스템의 사용을 설명합니다 드 Jonge 등. 8 일에
Protocol
Representative Results
Discussion
세포 인구 섬유소 구조의 설명 모델 시스템은 세포와 콜라겐의 연구에 큰 잠재력을 가지고 (재) 조직 (드 Jonge 등. 15), 조직 공학의 목적으로 사용될 예. 초기 세포 캐리어로 섬유소를 사용하여 섬유소 분해 한 후, 조직은 세포와 내생 매트릭스에서만 생성됩니다. 이러한 방법으로, 세포 경계 강성 12 감지, 또는 변형 방지를 표시 수축력에게 16, 17을 적용하여, ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
본 연구는 생물 의학 재료 (BMM) 연구소의 연구 프로그램에서 수행되었다. BMM은 경제 업무, 농업 혁신의 네덜란드 교육부에 의해 cofunded 있습니다. Nederlandse의 Hartstichting의 재정적 기여 기꺼이 인정 받고 있습니다.
Materials
| Name | Company | Catalog number | Comments |
| Culture plastic | Greiner | Includes culture flasks and pipettes | |
| Advanced DMEM | Gibco | 12491 | |
| Fetal bovine serum | Greiner | 758075 | |
| Penicillin/streptomycin | Gibco | 10378016 | |
| GlutaMax | Gibco | 35050-079 | |
| Elastomer and curing agent | Dow Corning Corporation | 3097358-1004 | Silastic MDX 4-4210# |
| Velcro | Regular store | You can buy this at a regular store, only use the soft side | |
| Bioflex culture plates | Flexcell Int | BF-3001U | Untreated |
| L-Ascorbic Acid 2-phosphatase | Sigma | A8960 | |
| ε-Amino Caproic Acid | Sigma-Aldrich | D7754 | |
| Bovine thrombin | Sigma | T4648 | |
| Bovine fibrinogen | Sigma | F8630 | |
| 0.45 syringe filter | Whatmann (Schleicher and Scheul) | 10462100 | |
| Polystyrene microspheres | Invitrogen | F-8829 | Blue fluorescent, 10 μm diameter |
| Flexcell FX-4000T | Flexcell Int | Includes rectangular loading posts | |
| Cell Tracker Orange | Invitrogen Molecular Probes | C2927 | |
| CNA35-OG488 | Cordially provided by the Laboratory for Macromolecular and Organic Chemistry, Department of Biomedical Engineering, Eindhoven University of Technology | ||
| Confocal laser scanning microscope | Carl Zeiss | LSM 510 Meta laser scanning microscope and Two-Photon-LSM mode | |
| Amphotericin | Gibco | 15290-018 | Needed for cell isolation |
References
- Beamish, J. A., He, P., Kottke-Marchant, K., Marchant, R. E. Molecular regulation of contractile smooth muscle cell phenotype: implications for vascular tissue engineering. Tissue Eng. Part B Rev. 16, 467-491 (2010).
- Isenberg, B. C., Tranquillo, R. T. Long-term cyclic distention enhances the mechanical properties of collagen-based media-equivalents. Ann. Biomed. Eng. 31, 937-949 (2003).
- Nichol, J. W., Khan, A. R., Birbach, M., Gaynor, J. W., Gooch, K. J. Hemodynamics and axial strain additively increase matrix remodeling and MMP-9, but not MMP-2, expression in arteries engineered by directed remodeling. Tissue Eng. Part A. 15, 1281-1290 (2009).
- Sander, E. A., Stylianopoulos, T., Tranquillo, R. T., Barocas, V. H. Image-based multiscale modeling predicts tissue-level and network-level fiber reorganization in stretched cell-compacted collagen gels. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 106, 17675-17680 (2009).
- Hu, J. J., Humphrey, J. D., Yeh, A. T. Characterization of engineered tissue development under biaxial stretch using nonlinear optical microscopy. Tissue Eng. Part A. 15, 1553-1564 (2009).
- Lee, E. J., Holmes, J. W., Costa, K. D. Remodeling of engineered tissue anisotropy in response to altered loading conditions. Ann. Biomed. Eng. 36, 1322-1334 (2008).
- Mol, A., et al. Fibrin as a cell carrier in cardiovascular tissue engineering applications. Biomaterials. 26, 3113-3121 (2005).
- de Jonge, N., Kanters, F. M., Baaijens, F. P., Bouten, C. V. Strain-induced Collagen Organization at the Micro-level in Fibrin-based Engineered Tissue Constructs. Ann. Biomed. Eng. 41 (4), 763-774 (2012).
- Schnell, A. M., et al. Optimal cell source for cardiovascular tissue engineering: venous vs. aortic human myofibroblasts. Thorac. Cardiovasc. Surg. 49, 221-225 (2001).
- Mol, A., et al. Autologous human tissue-engineered heart valves: prospects for systemic application. Circulation. , I152-I158 (2006).
- Ahmann, K. A., Weinbaum, J. S., Johnson, S. L., Tranquillo, R. T. Fibrin degradation enhances vascular smooth muscle cell proliferation and matrix deposition in fibrin-based tissue constructs fabricated in vitro. Tissue Eng. Part A. 16, 3261-3270 (2010).
- John, J., Quinlan, A. T., Silvestri, C., Billiar, K. Boundary stiffness regulates fibroblast behavior in collagen gels. Ann. Biomed. Eng. 38, 658-673 (2010).
- Rubbens, M. P., et al. Intermittent straining accelerates the development of tissue properties in engineered heart valve tissue. Tissue Eng. Part A. 15, 999-1008 (2009).
- Chen, W. L., et al. Multiphoton imaging and quantitative analysis of collagen production by chondrogenic human mesenchymal stem cells cultured in chitosan scaffold. Tissue Eng. Part C Methods. 16, 913-920 (2010).
- de Jonge, N., Kanters, F. M., Baaijens, F. P., Bouten, C. V. Strain-induced Collagen Organization at the Micro-level in Fibrin-based Engineered Tissue Constructs. Ann. Biomed. Eng. 41, 763-774 (2013).
- Merryman, W. D., et al. Correlation between heart valve interstitial cell stiffness and transvalvular pressure: implications for collagen synthesis. Am. J. Physiol. 290, (2006).
- Ingber, D. E. From cellular mechanotransduction to biologically inspired engineering: 2009 Pritzker Award Lecture, BMES Annual Meeting October 10, 2009. Ann. Biomed. Eng. 38, 1148-1161 (2009).
- Sander, E. A., Barocas, V. H., Tranquillo, R. T. Initial fiber alignment pattern alters extracellular matrix synthesis in fibroblast-populated fibrin gel cruciforms and correlates with predicted tension. Ann. Biomed. Eng. 39, 714-729 (2010).
- van der Schaft, D. W., et al. Engineering Skeletal Muscle Tissues from Murine Myoblast Progenitor Cells and Application of Electrical Stimulation. J. Vis. Exp. (73), e4267 (2013).
