細胞を含んだハイドロゲルの刺激細胞挙動のひずみ勾配チップ
Summary
組織工学用セルの配置を調整する同心円状細胞を含んだハイドロゲルの非連続的なグラデーション静的系統を提供する単純なアプローチを紹介します。
Abstract
人工細胞の配置については、組織工学の分野でのホットな話題です。過去の研究のほとんどは、複雑な実験的プロセスおよび汚染の問題に通常関連付けられている質量システム制御、使用して細胞を含んだハイドロゲルのひずみ誘起細胞の単一の位置合わせを調査しました。したがって、この記事では PDMS のプラスチック カバー、UV 透明なガラス基板 3 D ゲルの細胞挙動の刺激のため流体チップを用いた勾配静的ひずみを構築するシンプルなアプローチを提案する.流体の商工会議所でのオーバー ロードの写真パターン形成可能なセル プレポリマーは、カバーの凸曲面 PDMS 膜を生成できます。UV 架橋後湾曲した PDMS 膜とバッファー洗浄、調査細胞の微小環境下で同心円形パターンをさまざまなグラデーションの株の下で動作は外部機器なしの単一の流体チップで自己確立です。NIH3T3 細胞をゲル上 15-65% から様々 なひずみの刺激との連携で、ジオメトリの指導の下で細胞の配置の傾向の変化を観察した後示した。3 日間培養後ハイドロゲル ジオメトリは、細胞が高圧縮ひずみハイドロゲル伸長方向に沿って整列低圧縮ひずみ, セルの配置を支配しました。これらの間は、細胞は、ハイドロゲルの伸長とパターン化ハイドロゲルの幾何学指導の根本的な指導の逸散によるランダムな配置を示した。
Introduction
ネイティブの微小環境を模したブロック素材として、ゲルの細胞外マトリックス (ECM) を含む再細胞の成長をサポートする生体模倣組織足場を構築できます。組織の機能を所有するには、組織のセルの配置は必須要件です。さまざまな 2 D (すなわち表面上で培養した細胞) と 3 D (すなわちハイドロゲルにカプセル化細胞) セルの配置は、培養または細胞またはマイクロ フレキシブル基板上にカプセル化することによって達成されている- またはナノ パターン1。マイクロ アーキテクチャの 3 D セルの配置はより魅力的な微小環境は、ネイティブの組織構築2,3,4に近いです。3 D のセルの配置のための一般的なアプローチは、ハイドロゲル形2,3の幾何学的なキューです。短軸方向に細胞増殖の制限された空間のため細胞はマイクロ パターン化ハイドロゲルの長軸方向に沿って配置を目指しています。別のアプローチは、ストレッチ方向4,5並列セルの配置を達成するためにゲルに引張のストレッチを適用することです。
圧縮ひずみなどの ECM ゲル上生物物理刺激または電気のフィールドは、適切な組織統合、増殖および分化1,2,3の細胞機能を調整できます。多くの研究は、複数機械制御ユニット4,6,7,8,9を使用して、一度に 1 つのひずみ条件を適用することによって細胞の挙動を調査するために行われています。たとえば、機械式ステップ モーターの使用は圧迫や共通のアプローチ7,10されている 3 D セルでカプセル化されたコラーゲンのゲルの上に伸ばし。しかし、そのような制御装置は余分なスペースを必要とする、インキュベーター7,9,11,12の汚染の問題に直面しています。さらに、大型の楽器は、再現性の高い13を提供する正確に制御環境を与えることはできません。
細胞を含んだヒドロゲルは、医用マイクロ スケールで通常用いられることを考えると、同時に 3 D 模倣構造体外2,14,15,16,17,18細胞の挙動を調査するためのひずみ/ストレッチ刺激の範囲を生成する MEMS 技術を組み合わせることが有利です。たとえば、マイクロ流体チップの PDMS 膜を変形するガス圧を使用して、異なる系統9,16に細胞の分化を運転系統に上昇を与えることができます。ただし、クリーン ルームやモーター、ポンプ、バルブ、圧縮ガスのソフトウェア管理の統合で複雑なチップ製造プロセスなど、多くの技術的課題があります。
この作品は、同心の円形ハイドロゲル パターンと柔軟な PDMS 膜を用いた自律的勾配の静的ひずみマイクロ流体チップを取得する単純なアプローチを紹介します。異なり、既存のアプローチのほとんどは、当社のプラットフォームは黄色い部屋の外を作製できるし、孵化の間に外部機器なしの携帯カプセルのヒドロゲルを同心円のグラデーションの系統を自己生成所有しているポータブルと使い捨ての小型デバイスです。ハイドロゲル形状の組み合わせによって影響を受けた 3T3 繊維芽細胞の挙動と 3 日間のグラデーションひずみチップで 3 D の ECM 模倣環境内セルの配置の観察の間に様々 な引張ストレッチ指導の手がかりを示した。
Protocol
Representative Results
Discussion
本稿でハイドロゲル図形指導及び引張ストレッチ後細胞の配向挙動を比較する単純なアプローチについて報告する.柔軟な PDMS 膜は、同心の円形ヒドロゲルの高さ別の生成のためのドームの曲率を作成します。圧力を解放した後 PDMS 膜は自動的にセンターで最大と外側の境界で最小勾配ひずみ/伸長を形成するマイクロ パターンのヒドロゲルに力を適用します。グラデーションの歪みの形成は?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
このプロジェクトで、大学院学生研究留学プログラム (NSC-101-2917-I-007-010); をサポートされていた生体医用工学プログラム (NSC-101-2221-E-007-032-MY3);国立ナノテクノロジー プログラム (NSC-101-2120-M-007-001-) は、中華民国、台湾の国立科学評議会。著者は、ハイドロゲルとセル封止技術を共有するため教授アリ Khademhosseini、Unal-Gulden Camci、タントラ文献に見ポールとハーバード大学医学部で Ronglih 遼を感謝したいです。
Materials
| 1.5-mL black microcentrifuge tube | Argos Technologies | 03-391-161 | This one can be replaced with a neutral color of 1.5-mL tube covered with aluminun foil |
| 10X DPBS | Sigma-Aldrich | 56064C | |
| Alexa Fluor 488 phalloidin | Invitrogen | A12379 | |
| BSA | Sigma | A1595 | |
| Calcein | Molecular Probe | C1430 | For labeling viable cells |
| CCD | PCO. Imaging | Pixelfly qe | |
| Cell membrane permeating solution | Sigma-Aldrich | X100 | 0.5% Triton X-100 for permeating cell membrane |
| DAPI | Sigma-Aldrich | D8417 | Cell nucleus staining |
| Dialysis membrane | Sigma-Aldrich | D9527 | Molecular weight cut-off = 14,000 |
| DMEM | Gibco | 11995-065 | |
| Double-side tape | 3M | 8003 | |
| FBS | Hyclone | SH30071.03 | |
| Gelatin | Sigma-Aldrich | G2500 | gel strength 300, type A, from porcine skin |
| High frequency electronic corona generator | Electro-technic products | MODEL BD-20 | |
| Methacrylic Anhydride | Sigma-Aldrich | 276685 | |
| Micro syringe | Hamilton | 80501 | 50 μL |
| Microscope | Olympus | IX71 | Include two filter sets: LF405/LP-B-000 and LF488/LP-C-000 from Semrock |
| Oxygen plasma machine | Harrick plasma | PDC-001 | |
| Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | P6148 | For fixing cell |
| PDMS | DOW CORNING | Sylgard 184 | Mixture for PDMS chip cast-molding fabrication |
| Pen-Strep | Gibco | 10378-016 | penicillin/streptomycin |
| Photoinitiator | CIBA | Irgacure 2959 | |
| Propidium iodide | Sigma-Aldrich | P4170 | For labeling dead cells |
| Sterile Filtration cup | Millipore | SCGPT05RE | |
| TMSPMA | Sigma-Aldrich | 440159 | For hydrogel immobilization |
| Ultrasonicator | Delta | D150H | 150W, 43kHz |
| UV light | DAIHAN | WUV-L10 | |
| Freeze Dryer | FIRSTEK | 150311025 | |
| NIH3T3(fibroblast) | Food Industry Research and Development Institute(FIRDI) | 08C0011 | |
| MOXI Z Mini Automated Cell Counter | ORFLO | MXZ001 |
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