רקמת הלבלב הנגזר מטריקס Bioink עבור הדפסת 3D Cell לאדן רקמות הלבלב בנייה
Summary
Decellularized מטריקס מסחטות (dECM) יכול לספק רמזים מיקרו סביבתי מתאים כדי ללכוד את הפונקציות הטמונות של רקמות היעד במבנה מהונדס. מאמר זה מהבהיר את הפרוטוקולים עבור decellularization של רקמת הלבלב, הערכה של רקמת הלבלב הנגזרת dECM ביודיו, והדור של בנייה רקמת הלבלב 3D באמצעות טכניקת ביוריטינג.
Abstract
השתלת איונים הלבלב הוא טיפול מבטיח עבור חולים הסובלים מסוכרת סוג 1 מלווה על ידי היפוגליקמיה וסיבוכים משניים. עם זאת, השתלת איון עדיין יש מספר מגבלות כגון הכדאיות הנמוכה של איונים מושתלים בשל מעבר איון העניים בסביבות עוינות. בנוסף, את האינסולין לייצר תאים הבדיל מתאי גזע האדם בעלי עוצמה גבוהה יש יכולת מוגבלת להפריש הורמונים מספיקים שיכולים לווסת את רמת הגלוקוז בדם; לכן, לשפר את ההבשלה על ידי תאים culturing עם רמזים מיקרוסביבתיים הנכון נדרש מאוד. במאמר זה, אנו להבהיר פרוטוקולים התאריך להכנת רקמת הלבלב נגזר decellularized מטריקס מטריצה (pdECM) bioink לספק מיקרוסביבה מועילה כי יכול להגביר את רגישות הגלוקוז של איולי הלבלב, ואחריו תיאור את התהליכים ליצירת בונה רקמת הלבלב תלת-ממד באמצעות טכניקת ביוטריטינג מיקרוסטרומה.
Introduction
לאחרונה, השתלת איון הלבלב נחשב טיפול מבטיח עבור חולים עם סוכרת מסוג 1. הבטיחות היחסית והפלישה המינימלית של ההליך הם היתרונות הגדולים של טיפול זה1. עם זאת, יש לו מספר מגבלות כגון שיעור ההצלחה הנמוכה של בידוד איונים ותופעות לוואי של תרופות מדכאים חיסוני. יתר על כן, מספר האיים מנופה מקטין בהתמדה לאחר ההשתלה בשל הסביבה העוינת2. חומרים ביולוגיים שונים כגון alginate, קולגן, פולי (לקטית-co-חומצה גליקולית) (PLGA) או פוליאתילן גליקול (יתד) הוחלו על השתלת איון הלבלב כדי להתגבר על הקשיים האלה.
3D טכנולוגיית הדפסה של התא מתגלה הנדסת רקמות בשל הפוטנציאל הגדול שלה ביצועים גבוהים. למותר לציין, ביודיו ידועים כרכיבים חשובים למתן סביבת מיקרו מתאימה ולאפשר שיפור של תהליכים סלולאריים במבנה רקמות מודפסות. מספר משמעותי של הידרולים דליל, כגון פיברומין, alginate, ו קולגן נמצאים בשימוש נרחב כמו ביודיו. עם זאת, חומרים אלה מראים חוסר של מבנה, כימי, ביולוגי, ומורכבות מכנית לעומת מטריצה החילוץ (ECM) ברקמות יליד3. רמזים מיקרוסביבתיים כגון האינטראקציות בין איונים ו-ECM הם אותות חשובים לשיפור הפונקציה של איונים. Decellularized ECM (dECM) יכולה ליצור מחדש את ההרכב הספציפי לרקמה של רכיבי ECM שונים, כולל קולגן, גליקוזנוגליקנים (מבוים) וגליקורופנס. לדוגמה, איונים ראשוניים ששומרים על ECMs ההיקפית שלהם (למשל, סוג I, III, IV, V, ו-VI השישי, למינציה, ו fibronectin) מוצג ואפופטוזיס נמוך ורגישות אינסולין טובה יותר, ובכך לציין כיהרקמותהספציפיות מטריקס האינטראקציה הם חשובים לשיפור היכולת שלהם לתפקד באופן
במאמר זה, אנו להבהיר פרוטוקולים תאריך להכנת רקמת הלבלב נגזר decellularized מטריקס מטריצה (pdECM) bioink כדי לספק רמזים מיקרוסביבתיים מועילים עבור האצת הפעילות ופונקציות של איונים הלבלב, ואחריו את התהליכים ליצירת בונה רקמת הלבלב 3D באמצעות טכניקה מיקרוהבלטה מבוססי ביופסיה (איור 1).
Protocol
Representative Results
Discussion
פרוטוקול זה תיאר את ההתפתחות של הביודיו pdECM והייצור של מבנים רקמת הלבלב 3D באמצעות שימוש בטכניקות הדפסה תא תלת-ממד. כדי לבנות מראש את המיקרו-סביבה של רקמת המטרה במבנה הרקמה מהונדסים תלת-ממד, הבחירה של bioink היא קריטית. במחקר הקודם, אנו מאומת כי הרקמה הספציפית ביודיו dECM מועילים לקדם בידול תא גזע…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה נתמך על ידי התוכנית הרפואית לפיתוח ביו & טכנולוגיה של הקרן הלאומית למחקר (NRF) ממומן על ידי הממשלה הקוריאנית (MSIT) (2017M3A9C6032067) ו “הטכנולוגיה היצירתית של התוכנית” (IITP-2019-2011-1-00783) בהשגחת IITP (המכון למידע & תכנון טכנולוגיות תקשורת & הערכה).
Materials
| Biological Safety Cabinets | CRYSTE | PURICUBE 1200 | |
| Deep Freezer | Thermo Scientific Forma | 957 | |
| Digital orbital shaker | DAIHAN Scientific | DH.WSO04010 | |
| Dry oven | DAIHAN Scientific | WON-155 | |
| Freeze dryer | LABCONCO | 7670540 | |
| Fridge | SANSUNG | CRFD-1141 | |
| Grater | ABM | 1415605793 | |
| Inverted Microscopes | Leica | DMi1 | |
| Microcentrifuge | CRYSTE | PURISPIN 17R | |
| Microplate reader | Thermo Fisher Scientific | Multiskan GO | |
| Mini centrifuge | DAIHAN Scientific | CF-5 | |
| Multi-Hotplate Stirrers | DAIHAN Scientific | SMHS-6 | |
| Nanodrop | Thermo Fisher Scientific | ND-LITE-PR | |
| pH benchtop meter | Thermo Fisher Scientific | STARA2110 | |
| Rheometer | TA Instrument | Discovery HR-2 | |
| Vortex Mixer | DAIHAN Scientific | VM-10 | |
| Cirurgical Instruments | |||
| Operating Scissors | Hirose | HC.13-122 | |
| Forcep | Korea Ace Scientific | HC.203-30 | |
| Materials | |||
| 1.7 mL microcentrifuge tube | Axygen | MCT-175-C | |
| 10 ml glass vial | Scilab | SL.VI1243 | |
| 40 µm cell strainer | Falcon | 352340 | |
| 5 L beaker | Dong Sung Science | SDS 2400 | |
| 50 mL cornical tube | Falcon | 352070 | |
| 500 mL beaker | Korea Ace Scientific | KA.23-08 | |
| 500 mL bottle-top vacuum filter | Corning | 431118 | |
| 500 mL plastic container | LOCK&LOCK | INL301 | |
| 96well plate | Falcon | 353072 | |
| Aluminum foil | DAEKYO | ||
| Kimwipe | Kimtech | ||
| Magnetic bar | Korea Ace Scientific | BA.37110-0003 | |
| Mortar and pestle | DAIHAN Scientific | SC.MG100 | |
| Multi-channel pipettor | Eppendorf | 4982000314 | |
| Petri Dish | SPL | 10100 | |
| pH indicator strips | Sigma-Aldrich | 1095350001 | |
| Sieve filter mesh | DAIHAN Scientific | ||
| Decellularization | |||
| 10x pbs | Hyclone | SH30258.01 | |
| 4.7% Peracetic acid | Omegafarm | ||
| 70% ethanol | SAMCHUN CHEMICALS | E0220 SAM | |
| Distilled water | |||
| IPA | SAMCHUN CHEMICALS | samchun I0348 | |
| Triton-X 100 | Biosesang | T1020 | |
| Biochemical assay | |||
| 1,9-Dimethyl-Methylene Blue zinc chloride double salt | Sigma-Aldrich | 341088 | |
| 10 N NaOH | Biosesang | S2018 | |
| Chloramine T | Sigma-Aldrich | 857319 | |
| Chondroitin sulfate A | Sigma-Aldrich | C4384 | |
| Citric acid | Supelco | 46933 | |
| Cysteine-HCl | Sigma-Aldrich | C1276 | |
| Glacial acetic acid | Merok | 100063 | |
| Glycine | Sigma-Aldrich | 410225 | |
| HCl | Sigma-Aldrich | H1758 | |
| Na2-EDTA | Sigma-Aldrich | E5134 | |
| NaCl | SAMCHUN CHEMICALS | S2097 | |
| Papain | Sigma-Aldrich | p4762 | |
| P-DAB | Sigma-Aldrich | D2004 | |
| Perchloric acid | Sigma-Aldrich | 311421 | |
| Sodium acetate | Sigma-Aldrich | S5636 | |
| Sodium hydroxide | Supelco | SX0607N | |
| Sodium phosphate(monobasic) | Sigma-Aldrich | RDD007 | |
| Toluene | Sigma-Aldrich | 244511 | |
| Bioink | |||
| Charicterized FBS | Hyclone | SH30084.03 | |
| Penicillin-Streptomycin | Thermo Fisher Scientific | 15140122 | |
| Pepsin | Sigma-Aldrich | P7215 | |
| Rose bengal | Sigma-Aldrich | 198250 | |
| RPMI-1640 medium | Thermo Fisher Scientific | 11875093 | |
| Trypan Blue solution | Sigma-Aldrich | T8154 |
References
- Shapiro, A. J., Pokrywczynska, M., Ricordi, C. Clinical pancreatic islet transplantation. Nature Reviews Endocrinology. 13 (5), 268 (2017).
- Venturini, M., et al. Technique, complications, and therapeutic efficacy of percutaneous transplantation of human pancreatic islet cells in type 1 diabetes: the role of US. Radiology. 234 (2), 617-624 (2005).
- Xie, D., et al. Cytoprotection of PEG-modified adult porcine pancreatic islets for improved xenotransplantation. Biomaterials. 26 (4), 403-412 (2005).
- Sackett, S. D., et al. Extracellular matrix scaffold and hydrogel derived from decellularized and delipidized human pancreas. Scientific Reports. 8 (1), 10452 (2018).
- Kim, J., et al. 3D cell printing of islet-laden pancreatic tissue-derived extracellular matrix bioink constructs for enhancing pancreatic functions. Journal of Materials Chemistry B. 7 (10), 1773-1781 (2019).
- Yi, H. G., et al. A bioprinted human-glioblastoma-on-a-chip for the identification of patient-specific responses to chemoradiotherapy. Nature Biomedical Engineering. 1, (2019).
- Das, S., et al. Decellularized extracellular matrix bioinks and the external stimuli to enhance cardiac tissue development in vitro. Acta Biomaterialia. , (2019).
- Kim, H., et al. Shear-induced alignment of collagen fibrils using 3D cell printing for corneal stroma tissue engineering. Biofabrication. 11 (3), 035017 (2019).
- Huang, H. H., Ramachandran, K., Stehno-Bittel, L. A replacement for islet equivalents with improved reliability and validity. Acta Diabetologica. 50 (5), 687-696 (2013).
- Pati, F., et al. Printing three-dimensional tissue analogues with decellularized extracellular matrix bioink. Nature Communications. 5, 3935 (2014).
- Hussey, G. S., Dziki, J. L., Badylak, S. F. Extracellular matrix-based materials for regenerative medicine. Nature Reviews Materials. 1, (2018).
- Kim, B. S., Kim, H., Gao, G., Jang, J., Cho, D. W. Decellularized extracellular matrix: a step towards the next generation source for bioink manufacturing. Biofabrication. 9 (3), 034104 (2017).
- Gaetani, R., et al. Evaluation of different decellularization protocols on the generation of pancreas-derived hydrogels. Tissue Engineering Part C: Methods. 24 (12), 697-708 (2018).
- Gao, G., et al. Tissue engineered bio-blood-vessels constructed using a tissue-specific bioink and 3D coaxial cell printing technique: a novel therapy for ischemic disease. Advanced Functional Materials. 27 (33), 1700798 (2017).
- La, W. G., et al. Systemically replicated organic and inorganic bony microenvironment for new bone formation generated by a 3D printing technology. RSC Advances. 6 (14), 11546-11553 (2016).
- Lee, H., et al. Development of liver decellularized extracellular matrix bioink for three-dimensional cell printing-based liver tissue engineering. Biomacromolecules. 18 (4), 1229-1237 (2017).
- Choudhury, D., Tun, H. W., Wang, T., Naing, M. W. Organ-derived decellularized extracellular matrix: a game changer for bioink manufacturing?. Trends in Biotechnology. 36 (8), 787-805 (2018).
- Kurpios, N. A., et al. The direction of gut looping is established by changes in the extracellular matrix and in cell: cell adhesion. Proceedings of the National Academy of Sciences. 105 (25), 8499-8506 (2008).
- Sakai, T., Larsen, M., Yamada, K. M. Fibronectin requirement in branching morphogenesis. Nature. 423 (6942), 876 (2003).
