תכנון ביוריאקטור לשיפור איסוף הנתונים והפקת מודלים של רקמות לב מהונדסות
Summary
רקמות לב תלת-ממדיות שהונדסו ביולוגית באמצעות קרדיומיוציטים שמקורם בתאי גזע התגלו כמודלים מבטיחים לחקר שריר הלב האנושי הבריא והחולה במבחנה תוך שחזור היבטים מרכזיים של נישת הלב הטבעית. כתב יד זה מתאר פרוטוקול לייצור וניתוח רקמות לב מהונדסות בעלות תוכן גבוה שנוצרו מקרדיומיוציטים פלוריפוטנטיים המושרים על ידי תאי גזע המושרים על ידי בני אדם.
Abstract
אי ספיקת לב נותרה סיבת המוות המובילה ברחבי העולם, מה שיוצר צורך דחוף במודלים פרה-קליניים טובים יותר של הלב האנושי. הנדסת רקמות חיונית למחקר לב מדעי בסיסי; תרבית תאים אנושית במבחנה מבטלת את ההבדלים בין המינים של מודלים של בעלי חיים, בעוד שסביבה תלת-ממדית דמוית רקמה יותר (למשל, עם מטריצה חוץ-תאית וצימוד הטרו-תאי) מדמה תנאי in vivo במידה רבה יותר מאשר תרבית דו-ממדית מסורתית על צלחות פטרי מפלסטיק. עם זאת, כל מערכת מודל דורשת ציוד מיוחד, למשל, ביוריאקטורים שתוכננו בהתאמה אישית והתקני הערכה פונקציונליים. בנוסף, פרוטוקולים אלה הם לעתים קרובות מסובכים, עתירי עבודה, ונגועים בכשל של רקמות קטנות ועדינות.
מאמר זה מתאר תהליך ליצירת מערכת מודל חזקה של רקמת לב מהונדסת אנושית (hECT) באמצעות קרדיומיוציטים פלוריפוטנטיים מושרים שמקורם בתאי גזע לצורך מדידה אורכית של תפקוד הרקמות. שישה hECTs עם גיאומטריית רצועה ליניארית מתורבתים במקביל, כאשר כל hECT תלוי מזוג עמודי פולידימתילסילוקסאן (PDMS) חישת כוח המחוברים לארונות תקשורת PDMS. כל פוסט מכוסה במעקב פוסט יציב PDMS שחור (SPoT), תכונה חדשה המשפרת את קלות השימוש, התפוקה, שימור הרקמות ואיכות הנתונים. הצורה מאפשרת מעקב אופטי אמין אחר סטיות פוסט, ומניבה עקבות כוח עווית משופרות עם מתח אקטיבי ופסיבי מוחלט. גיאומטריית המכסה מבטלת כשל רקמות עקב hECTs המחליקים מהעמודים, ומכיוון שהם כרוכים בשלב שני לאחר ייצור ארון תקשורת PDMS, ניתן להוסיף את ה- SPoTs לתכנונים קיימים מבוססי PDMS לאחר ללא שינויים משמעותיים בתהליך ייצור הביוריאקטורים.
המערכת משמשת להדגמת החשיבות של מדידת תפקוד hECT בטמפרטורות פיזיולוגיות ומראה תפקוד רקמה יציב במהלך איסוף נתונים. לסיכום, אנו מתארים מערכת מודל חדישה המשחזרת מצבים פיזיולוגיים מרכזיים כדי לקדם את הנאמנות הביולוגית, היעילות והקפדנות של רקמות לב מהונדסות ליישומי מבחנה .
Introduction
מודלים הנדסיים של רקמת לב מגיעים במגוון רחב של גיאומטריות ותצורות לסיכום היבטים שונים של נישת הלב הטבעית שקשה להשיג עם תרבית תאים דו-ממדית מסורתית. אחת התצורות הנפוצות ביותר היא רצועת הרקמה הליניארית, עם עוגנים גמישים בכל קצה כדי לגרום להרכבה עצמית של הרקמה ולספק לרקמה עומס מקדים מוגדר וקריאה של כוחות העווית המתקבלים 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11, 12,13,14,15,16,17,18,19,20,21
,22,23,24,25,26,27. ניתן לקבוע את הכוח שנוצר באמצעות מעקב אופטי אחר קיצור הרקמה ושימוש בתורת הקרן האלסטית כדי לחשב את הכוח מהסטיות הנמדדות וקבוע הקפיץ של העוגנים 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11, 12,13,14,15,16,17,18,19,20,
21,22,25,26,28.
עם זאת, הנדסת רקמות לב היא עדיין תחום מתפתח, וכמה אתגרים נותרו. ציוד מיוחד, כגון ביוריאקטורים בהתאמה אישית והתקני הערכה פונקציונליים, נדרשים עבור כל מערכת דגם 10,29,30,31. הגודל והמורכבות של המיקרו-סביבה של מבנים אלה מוגבלים לעתים קרובות על ידי תפוקה נמוכה עקב פרוטוקולים עתירי עבודה, מספר גבוה של תאים ושבריריות רקמות. כדי להתמודד עם זה, כמה קבוצות פנו לייצור של מיקרו-רקמות המכילות רק מאות או אלפי תאים כדי להקל על בדיקות תפוקה גבוהה כי הם שימושיים לגילוי תרופות. עם זאת, קנה מידה מופחת זה מסבך את ההערכה המדויקת של תפקוד12, מבטל היבטים מרכזיים של נישה לבבית טבעית (כגון שיפועים של דיפוזיה של חומרים מזינים / חמצן וארכיטקטורה מורכבת36), ומגביל את כמות החומר הזמין לניתוח מולקולרי ומבני לאחר מכן (לעתים קרובות דורש איגום של הרקמות). טבלה 1 מסכמת חלק מהתצורות של מודלים של רצועות רקמה ליניאריות בספרות 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15, 16,17,18,19,20,
21,22,23,24,25,26,37,38,39,40.
| קבוצה | תאים לרקמה | רקמות לצלחת | פורמט צלחת | תכונת עיגון | שיטת רכישת נתונים פונקציונלית | אמבט מדיה משותף? | מדד פונקציונלי- מנט באתרו? |
||||
| יושידה (ECT)38 | 4 מיליון | 6 | צלחת שונה עם 6 בארות* | מתמר כוח | מדידת כוח ישיר | לא | לא | ||||
| צ’אן (hESC-CM-ECTs)26 | 310 אלף | 6 | מנה מותאמת אישית של 6 בארות | הודעות PDMS | מדידת כוח ישיר | כן | לא | ||||
| פיינברג (DYN-EHT)16 | 1.5 מיליון | 6 | מנה מותאמת אישית של 6 בארות | חוט PDMS | צורת רקמה | לא | כן | ||||
| רדיסי (BioWire)39, 40 | 110 אלף | 8 | חוט פולימרי | צורת חוט | כן | כן | |||||
| קוסטה (hECT)1, 2 | 1-2 מיליון | 4** | צלחת פטרי בקוטר 10 ס”מ** | הודעות PDMS | סטייה אופטית (מעקב אחר קצוות/אובייקטים) | כן | כן | ||||
| קוסטה (multi-hECT)3–9 | 500 K-1 מיליון | 6 | צלחת פטרי בקוטר 6 ס”מ | הודעות PDMS | סטייה אופטית (מעקב אחר קצוות/אובייקטים) | כן | כן | ||||
| קוסטה (multi-hECT עם SPoT) | 1 מיליון | 6 | צלחת פטרי בקוטר 6 ס”מ | פוסטים PDMS עם אותיות גדולות בשחור | סטייה אופטית (מעקב אחר אובייקטים) | כן | כן | ||||
| פסייר (EHT)17 | 245 אלף | 36 | צלחת 12 בארות | פוסטים PDMS עם אותיות גדולות בשחור | סטייה אופטית (מעקב אחר אובייקטים) | כן | כן | ||||
| וונג’אק-נובקוביץ’13, 18 | 1 מיליון | 12 | צלחת פטרי בקוטר 6 ס”מ | הודעות PDMS עם מכסות | סטייה אופטית (זיהוי שוליים) | כן | כן | ||||
| ווניאק-נובקוביץ’ (מיליפילאר)14 | 550 אלף | 6 | מנה מותאמת אישית של 6 בארות | הודעות PDMS עם מכסות | סטייה אופטית (מעקב אחר אובייקטים); הדמיית סידן | לא | כן | ||||
| Eschenhagen (EHT)10, 19–21 | 1 מיליון | 12 | צלחת 12 בארות | הודעות PDMS עם מכסות | סטייה אופטית (זיהוי קצה של סטייה לאחר מכן); הדמיית סידן | לא | כן | ||||
| זנדסטרה (קמירי)22 | 25-150 אלף | 96 | צלחת 96 באר | הודעות PDMS עם ווים | סטייה אופטית (זיהוי שוליים) | לא | כן | ||||
| מורי23, 24 | 900 אלף | 24 | צלחת 24 בארות | עמודי PDMS עם מכסים, מגנט משולב | חיישן מגנטי | לא | כן | ||||
| רייך (μTUG)11, 12, 25 | מוגדר | 156 | מנה של 156 בארות | עמודי PDMS עם מכסים, מגנט משולב | מעקב אופטי (חרוז פלואורסצנטי) | כן | כן | ||||
טבלה 1: מאפיינים של כמה מודלים ליניאריים של רקמת לב מהונדסת בספרות. מודלים ליניאריים של רקמת לב מהונדסים משתנים בגודל, בתפוקה, בעיצובי תכונות העיגון ובהקלה על אמבטיות בינוניות משותפות, כמו גם בדרישות למערכת אמבט שרירים נפרדת לאפיון פונקציונלי. * החוקרים השתמשו במערכת רקמות מהונדסת זמינה מסחרית המבוססת על הממדים של צלחת סטנדרטית בעלת 6 בארות. ** מערכת מודולרית שבה ביוריאקטורים של רקמה בודדת מעוגנים לכל צלחת תרבית פלסטיק במספר ובמיקום הרצויים.
מאמר זה מתאר את הפרוטוקול העדכני ביותר לייצור המודל המבוסס שלנו של רקמת לב מהונדסת אנושית ליניארית (hECT)1,2,3,4,5,6,7,8,9,15,27 ושיטות להערכת תפקוד התכווצות hECT. כל ביוריאקטור רב-רקמתי מכיל עד שישה hECTs באמבטיה בינונית משותפת ומורכב משתי חתיכות “מתלה” העשויות מאלסטומר סיליקון פולידימתילסילוקסאן (PDMS) המורכב על מסגרת פוליסולפון קשיחה. כל ארון תקשורת PDMS מכיל שישה עמודי חישת כוח משולבים גמישים בקוטר 0.5 מ”מ ובאורך 3.25 מ”מ, ויחד, שני ארונות תקשורת מספקים שישה זוגות עמודים, שכל אחד מהם מכיל hECT אחד. היפוך הביוריאקטור מסייע להתגבר על כל מכשול להדמיה של hECTs מלמטה עקב עיבוי מים ממדיום התרבית או עיוותים מהמניסקוס של ממשק אוויר-נוזל. כל התכווצות של hECT גורמת להטיה של עמדות הקצה המשולבות, והמדידה האופטית של אות הסטייה מעובדת למעקב כוח לעומת זמן המייצג את פונקציית ההתכווצות של hECT 1,2,3,4,5,6,7,8,9,15,27 . בהשוואה לביוריאקטורים של רקמה בודדת המשמשים בדרך כלל לרקמות בגודל זה, התכנון הרב-רקמתי משפר את תפוקת הניסוי ומאפשר לחקור איתות פרקריני בין רקמות סמוכות בעלות הרכב תאי שונה. מערכת זו אומתה במחקרים שפורסמו המתארים יישומים במידול מחלות 4,8, איתות פרקריני 6,7, תרבית הטרו-תאית 5,9 וסינון טיפולי 7,9.
במערכת זו, hECTs מתוכננים להיות באורך של כ -6 מ”מ וקוטר של 0.5 מ”מ כדי להקל על מעקב אופטי חזק של מדידות כוח עם רעש נמוך. יתר על כן, היבטים של מורכבות הרקמה כגון שיפועי דיפוזיה וארגון תאי מאוזנים עם דרישה ניתנת לניהול של 1 מיליון תאים לכל רקמה. עם טכנולוגיית מצלמת CCD סטנדרטית, כוחות חלשים כמו 1 μN (המייצגים פחות מ -5 מיקרומטר לאחר הסטיה) מייצרים אות ברור, ומבטיחים כי אפילו תפקוד כיווץ חלש מאוד, כפי שנצפה עם כמה מודלים של מחלת hECT, ניתן למדוד במדויק. זה גם מקל על ניתוח מפורט של עקומת כוח העווית, ובכך מאפשר ניתוח תוכן גבוה של עד 16 מדדי התכווצות41, כולל כוח מפותח, שיעורי התכווצות (+dF / dt) והרפיה (−dF / dt), והשתנות קצב פעימה.
פרוטוקול זה מתחיל בהוראות לייצור רכיבי הביוריאקטורים. תשומת לב מיוחדת מוקדשת לצעדים כדי למקסם את תפוקת hECT, להפחית את השונות הטכנית בתפקוד הרקמה, ולייעל את האיכות והעומק של הערכת הרקמות. רוב מחקרי הנדסת רקמות הלב אינם מדווחים על שיעורי אובדן רקמות במהלך ייצור ובדיקות ארוכות טווח, אם כי זהו אתגר ידוע בתחום ומפחית את התפוקה והיעילות של המחקרים27. שיטות הנדסת הרקמות המתוארות כאן שוכללו במהלך השנים כדי להבטיח שמירה על כל hECTs ברוב הביוריאקטורים (ללא קשר לאופן הייצור של ארונות PDMS). עם זאת, אפילו אובדן של 5%-20% של רקמות יכול להשפיע באופן משמעותי על הכוח הסטטיסטי, במיוחד בניסויים קטנים יותר המוגבלים על ידי מספר הקרדיומיוציטים הזמינים (למשל, בשל אתגרי התמיינות עם כמה קווי תאים חולים4 או בשל העלות הגבוהה של קרדיומיוציטים שנרכשו באופן מסחרי), או על ידי מצב הטיפול (למשל, זמינות מוגבלת או עלות גבוהה של תרכובות טיפול שונות).
פרוטוקול זה מתאר ייצור של עוקבי פוסט יציבים (SPoTs), תכונה חדשה של ארונות תקשורת PDMS, המתפקדים כמכסים בקצות עמדות חישת הכוח המחזיקות את hECTs27. הוא מדגים כיצד גיאומטריית הכובע מפחיתה באופן משמעותי את אובדן hECT מנפילה או משיכת העמודים, ובכך פותחת הזדמנויות חדשות לטיפוח hECTs עם מגוון גדול יותר של נוקשות ומתחים, אשר מאתגרים את התרבות על עמודים לא מכוסים . בנוסף, ה- SPoTs מספק אובייקט בעל ניגודיות גבוהה לשיפור המעקב האופטי אחר התכווצות hECT באמצעות צורה עקבית ומוגדרת היטב27. לאחר מכן מופיע תיאור של גידול תאי גזע פלוריפוטנטיים המושרים על ידי בני אדם (iPSCs) והתמיינות קרדיומיוציטים בהתבסס על פרוטוקולים 3,42,43 שפורסמו בעבר והסבר על ייצור hECT, תרבית ומדידות תפקודיות.
מאמר זה מתייחס גם לצורך למדוד את תפקוד הרקמה בטמפרטורה פיזיולוגית. שריר הלב האנושי (רקמות בריאות וחולות עובריות כמו גם בוגרות), כמו גם רקמת לב ממגוון רחב של מיני בעלי חיים (כולל חולדות, חתולים, עכברים, חמוסים וארנבות)44,45, מציג עלייה ניכרת בכוח העווית התואם לתדר בטמפרטורות של 28 ° C – 32 ° C בהשוואה לטמפרטורה פיזיולוגית – תופעה המכונה אינוטרופיה היפותרמית45, 46. עם זאת, ההשפעות של הטמפרטורה על תפקוד רקמת שריר הלב המהונדסת עדיין לא נחקרו. מודלים רבים של רקמת לב מהונדסים לאחרונה בספרות מתוכננים להיות מוערכים תפקודית ב 37 ° C כדי להעריך תנאים פיזיולוגיים מקורבים 13,14,37. עם זאת, למיטב ידיעתנו, ההשפעות תלויות הטמפרטורה על הכוח שנוצר על ידי רקמות לב מהונדסות, לא נחקרו באופן שיטתי. פרוטוקול זה מתאר תכנון אלקטרודות קצב הממזער את איבוד החום במהלך הבדיקה, וכן מאפשר שילוב של גוף חימום מבודד במערך למדידות פונקציונליות, אשר יכול לשמור על hECTs בטמפרטורה פיזיולוגית מבלי להתפשר על סטריליות27. לאחר מכן אנו מדווחים על חלק מההשפעות הנצפות של הטמפרטורה על תפקוד hECT, כולל על הכוח המפותח, תדירות המכות הספונטניות, +dF/dt ו- −dF/dt. בסך הכל, מאמר זה מספק את הפרטים הדרושים לייצור מערכת ביוריאקטור רב-רקמתית זו לחישת כוח כדי לייצר רקמות לב מהונדסות-אנושיות ולהעריך את תפקוד ההתכווצות שלהן, ומוצגת קבוצה של נתונים המספקת בסיס להשוואה למדידות בטמפרטורת החדר וב-37°C27.
Protocol
Representative Results
Discussion
ישנם מודלים רבים של רקמת לב מהונדסת ליניארית שפורסמו בספרות, חלקם מתוארים בטבלה 1. מודלים מסוימים כוללים מדידה ישירה של כוח הרקמה, אך אלה בדרך כלל דורשים העברת המבנה לאמבט שרירים נפרד38. רוב הדגמים מתוכננים כאשר הרקמות מעוגנות באופן קבוע בשני הקצוות, לרוב לעמדות PDMS<sup cl…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מודים לד”ר טימותי קשמן על עבודתו הקודמת בשיטה זו. מחקר זה נתמך על ידי מימון מהמכונים הלאומיים לבריאות (NIH) (R01-HL132226 ו- K01 HL133424) ותוכנית רשתות מצוינות בינלאומיות של קרן לדוק (CURE-PLaN).
Materials
| 0.25 mm diamete 304 Stainless Steel Wire | McMaster Carr | 6517K61 | |
| 0.25% trypsin-EDTA | Gibco | 25200056 | |
| 1.7 mL Microtubes | Axygen | MCT-175-C | |
| 10 cm dishes (20 mm tall) | Corning | 353003 | |
| 10 mL Serological Pipette | Drummond | 6-000-010 | |
| 10 N NaOH | Fisher Scientific | SS225-1 | dilute 1:10 in sterile distilled water |
| 10X Modified Eagle Medium | Sigma Aldrich | M0275 | |
| 20 – 200 μL Micropipette | Eppendorf | 3123000055 | |
| 200 μL MicroPipette Tips | VWR | 76322-150 | |
| 5 mL Serological Pipette | Drummond | 6-000-005 | |
| 50 mL Conical Centrifuge Tubes | Falcon | 352070 | |
| 6 cm Petri Dish | Corning | 353002 | |
| 6 Watt LED Dual Gooseneck Illuminator | AmScope | LED-6W | |
| 6-Well Plates | Corning | 353046 | |
| 90 degree angle mirror | Edmund Optics | 45-594 | |
| Acrylic bonding glue | SCIGRIP | #4 | |
| Adjustable 10 cm x 10 cm jack | Fisher Scientific | 14-673-50 | |
| Aluminum 6061 | McMaster Carr | 9008K82 | |
| A-Plan 10X Objective Lens | ZEISS | 1020-863 | |
| Autoclave Bags | Propper | 21002 | |
| B-27 supplement | ThermoFisher | 17504044 | |
| B-27 supplement (without insulin) | ThermoFisher | A1895601 | |
| Benchtop Centrifuge | Eppendorf | 5810 R | |
| Black ABS | Ultimaker | 2.85 mm wide | |
| Bovine Collagen I | Gibco | A1064401 | |
| CHIR99021 | Tocris | 4423 | |
| Class II Biosafety Cabinet | Labconco | 3430009 | |
| Clear Acrylic Sheeting | estreetplastics | 1002502436 | 6.25 mm thick |
| CNC Vertical Mill | Haas | VF-1 | |
| Conductive Graphite Bars | McMaster Carr | 1763T33 | |
| Dissection microscope | Olympus | SZ61 | |
| Dulbecco's Modified Eagle Medium/Ham's F-12 Nutrient Mix | ThermoFisher | 11330032 | |
| Ethanol | Fisher Scientific | A4094 | Dilute to 70% in water |
| EVE Automated Cell counter | NanoEntek | E1000 | |
| EVE Cell Counting Slide | NanoEntek | EVS-050 | |
| Fetal Bovine Serum | Life Technologies | 10438026 | |
| Fine Curved Forceps | Fine Science Tools | 11253-25 | |
| Forma Series II Water Jacketed CO2 Incubator | Thermo Electron Corporation | 3110 | AKA "incubator". With HEPA class 100 filter |
| Fusion360 software | Autodesk | AKA "CAD software" | |
| Glass Hemocytometer | Reichert | 1475 | 0.1 mm deep |
| HEPES | Sigma Aldrich | H3784 | |
| hESC qualified matrigel | Corning | 354277 | AKA "basement membrane matrix". Store in frozen aliquots |
| High Speed CCD Camera | PixelLINK | P7410 | |
| Inverted Microscope | Carl Zeiss Werk | Axiovert 40 CFL | 10X phase contrast objective |
| IWR-1 | Selleck Chem | S7086 | |
| LabView Software | National Instruments | 2016 | |
| Laminar flow clean bench | NuAire | NU-201-330 | necessary for hECT functional analysis |
| Laptop | AsusTek | Strix | Intel Core i& processor ,CPU 2.8GHz, 16GB RAM |
| Laser Cutting Machine | Epilog | Helix 24 | |
| Magnification headset | ExcelBlades | 70020 | Recommended for steps requiring fine manipulations |
| Matlab | Mathworks | Version 2019b or later | AKA "data analysis software" |
| Micro Vannas Scissors, 3 mm blade | WPI Instruments | 501839 | |
| Microscope Boom Stand | Olympus | SZ2-STU1 | |
| Penicillin-Streptomycin stock solution | ThermoFisher | 15140122 | 10,000 IU/ml penicillin; 10,000 μg/ml streptomycin |
| Phosphate-buffered saline without divalent cations | Sigma Aldrich | P3813 | Diluted in distilled water to 1X and 10X concentrations |
| Pipette Controller | Drummond | 4-000-100 | |
| PixelLINK Capture OEM | PixelLINK | 10.2.1.6 | AKA "Camera Software" |
| Polysulfone | McMaster Carr | 86735K73 | translucent amber color |
| Polytetrafluoroethylene (PTFE) | McMaster Carr | 8545K176 | Black, molded |
| ReLeSR | Stem Cell Technologies | 5872 | AKA "iPSC dissociation media" |
| Rosewell Park Memorial Institute 1640 Media | ThermoFisher | 11875135 | |
| Silicone Sheeting | SMI manufacturing | glossy, 0.02 in thickness, durometer 40 | |
| Size 10/0 Blue, Green, Red, and Yellow Glass Seed Beads | Michael's | color should withstand autoclaving | |
| Spatula | Fisher Scientific | 14-373 | used for mixing PDMS |
| Square Pulse Stimulator | Astro-Med / Grass Technologies | S88X | |
| Stainless Steel Razoblades | GEM | 62-0179-CTN | preferred over non-stainless steel due to lower hardness |
| Stemflex | ThermoFisher | A3349401 | AKA "iPSC culture media" |
| Sterile distilled water | ThermoFisher | 5230 | |
| Sylgard 170 - Silicone Elastomer Encapsulant Black 0.9 kg Kit | Dow | DOWSIL 170 2LB KIT | AKA black Polydimethylsiloxane (black PDMS) |
| Sylgard 184 – Silicone Elastomer Clear 1 lb Kit | Dow | DC 184 SYLGARD 0.5KG 1.1LB KIT | AKA Polydimethylsiloxane (PDMS) |
| Temperature-controlled heated stage | Okolab | H401-HG-SMU | Set height to 10 cm |
| Thermoplastic 3D printer | Ultimaker | Ultimaker 3 | |
| Thiazovivin | Selleck Chem | S1459 | |
| Trypan Blue | NanoEntek | EBT-001 | |
| Vacuum Chamber | Bel-Art Parts | F42027-0000 | |
| Variable Speed Mini Band Saw | Micro-Mark | 82203 | |
| Variable Speed Miniature Drill Press | Micro-Mark | 82959 | |
| Vibration Isolation Table | Labconco | 3618000 | |
| Weighing Boats | VWR | 10803-140 | |
| Talon Cylinder Bench Clamp | VWR | 97035-528 | AKA screw clamp |
References
- Serrao, G. W., et al. Myocyte-depleted engineered cardiac tissues support therapeutic potential of mesenchymal stem cells. Tissue Engineering. Part A. 18 (13-14), 1322-1333 (2012).
- Turnbull, I. C., et al. Advancing functional engineered cardiac tissues toward a preclinical model of human myocardium. FASEB Journal. 28 (2), 644-654 (2014).
- Cashman, T. J., et al. Construction of defined human engineered cardiac tissues to study mechanisms of cardiac cell therapy. Journal of Visualized Experiments. (109), e53447 (2016).
- Stillitano, F., et al. Genomic correction of familial cardiomyopathy in human engineered cardiac tissues. European Heart Journal. 37 (43), 3282-3284 (2016).
- Mayourian, J., et al. Experimental and computational insight into human mesenchymal stem cell paracrine signaling and heterocellular coupling effects on cardiac contractility and arrhythmogenicity. Circulation Research. 121 (4), 411-423 (2017).
- Mayourian, J., et al. therapeutic paracrine modulation of cardiac excitation-contraction coupling. Circulation Research. 122 (1), 167-183 (2018).
- Mayourian, J., et al. Exosomal microRNA-21-5p mediates mesenchymal stem cell paracrine effects on human cardiac tissue contractility. Circulation Research. 7 (122), 933-944 (2018).
- Turnbull, I. C., et al. Cardiac tissue engineering models of inherited and acquired cardiomyopathies. Methods in Molecular Biology. 1816, 145-159 (2018).
- Murphy, J. F., et al. Adult human cardiac stem cell supplementation effectively increases contractile function and maturation in human engineered cardiac tissues. Stem Cell Research & Therapy. 10 (1), 373 (2019).
- Breckwoldt, K., et al. Differentiation of cardiomyocytes and generation of human engineered heart tissue. Nature Protocols. 12 (6), 1177-1197 (2017).
- Huang, C. Y., et al. Enhancement of human iPSC-derived cardiomyocyte maturation by chemical conditioning in a 3D environment. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 138, 1-11 (2020).
- Ramade, A., Legant, W. R., Picart, C., Chen, C. S., Boudou, T. Microfabrication of a platform to measure and manipulate the mechanics of engineered microtissues. Methods in Cell Biology. 121, 191-211 (2014).
- Ronaldson-Bouchard, K., et al. Engineering of human cardiac muscle electromechanically matured to an adult-like phenotype. Nature Protocols. 14 (10), 2781-2817 (2019).
- Tamargo, M. A., et al. milliPillar: A platform for the generation and real-time assessment of human engineered cardiac tissues. ACS Biomaterials Science & Engineering. 7 (11), 5215-5229 (2021).
- Ceholski, D. K., et al. CXCR4 and CXCR7 play distinct roles in cardiac lineage specification and pharmacologic β-adrenergic response. Stem Cell Research. 23, 77-86 (2017).
- Bliley, J. M., et al. Dynamic loading of human engineered heart tissue enhances contractile function and drives a desmosome-linked disease phenotype. Science Translational Medicine. 13 (603), (2021).
- Ribeiro, M. C., et al. A new versatile platform for assessment of improved cardiac performance in human-engineered heart tissues. Journal of Personalized Medicine. 12 (2), 214 (2022).
- Ronaldson-Bouchard, K., et al. Advanced maturation of human cardiac tissue grown from pluripotent stem cells. Nature. 556 (7700), 239-243 (2018).
- Mannhardt, I., et al. Human engineered heart tissue: Analysis of contractile force. Stem Cell Reports. 7 (1), 29-42 (2016).
- Mannhardt, I., et al. Blinded contractility analysis in hiPSC-cardiomyocytes in engineered heart tissue format: Comparison with human atrial trabeculae. Toxicological Sciences. 158 (1), 164-175 (2017).
- Saleem, U., et al. Force and calcium transients analysis in human engineered heart tissues reveals positive force-frequency relation at physiological frequency. Stem Cell Reports. 14 (2), 312-324 (2020).
- Thavandiran, N., et al. Functional arrays of human pluripotent stem cell-derived cardiac microtissues. Scientific Reports. 10 (1), 6919 (2020).
- Bielawski, K. S., Leonard, A., Bhandari, S., Murry, C. E., Sniadecki, N. J. Real-time force and frequency analysis of engineered human heart tissue derived from induced pluripotent stem cells using magnetic sensing. Tissue Engineering. Part C, Methods. 22 (10), 932-940 (2016).
- Leonard, A., et al. Afterload promotes maturation of human induced pluripotent stem cell derived cardiomyocytes in engineered heart tissues. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 118, 147-158 (2018).
- Bose, P., Huang, C. Y., Eyckmans, J., Chen, C. S., Reich, D. H. Fabrication and mechanical properties measurements of 3D microtissues for the study of cell-matrix interactions. Methods in Molecular Biology. 1722, 303-328 (2018).
- Zhang, W., et al. Maturation of human embryonic stem cell-derived cardiomyocytes (hESC-CMs) in 3D collagen matrix: Effects of niche cell supplementation and mechanical stimulation. Acta Biomaterialia. 49, 204-217 (2017).
- van Neste, C. Advances in bioreactor design and multi-dimensional analysis for assessing maturation phenotype of human engineered cardiac tissues. PhD thesis. Icahn School of Medicine at Mount Sinai. , (2022).
- Sala, L., et al. MUSCLEMOTION: A versatile open software tool to quantify cardiomyocyte and cardiac muscle contraction in vitro and in vivo. Circulation Research. 122 (3), e5-e16 (2018).
- Salazar, B. H., Cashion, A. T., Dennis, R. G., Birla, R. K. Development of a cyclic strain bioreactor for mechanical enhancement and assessment of bioengineered myocardial constructs. Cardiovascular Engineering and Technology. 6 (4), 533-545 (2015).
- Putame, G., et al. Application of 3D printing technology for design and manufacturing of customized components for a mechanical stretching bioreactor. Journal of Healthcare Engineering. 2019, 3957931 (2019).
- Akintewe, O. O., Roberts, E. G., Rim, N. -. G., Ferguson, M. A. H., Wong, J. Y. Design approaches to myocardial and vascular tissue engineering. Annual Review of Biomedical Engineering. 19, 389-414 (2017).
- Chen, G., et al. Phospholamban as a crucial determinant of the inotropic response of human pluripotent stem cell-derived ventricular cardiomyocytes and engineered 3-dimensional tissue constructs. Circulation. Arrhythmia and Electrophysiology. 8 (1), 193-202 (2015).
- Giacomelli, E., et al. Human-iPSC-derived cardiac stromal cells enhance maturation in 3D cardiac microtissues and reveal non-cardiomyocyte contributions to heart disease. Cell Stem Cell. 26 (6), 862-879 (2020).
- Beauchamp, P., et al. 3D co-culture of hiPSC-derived cardiomyocytes with cardiac fibroblasts improves tissue-like features of cardiac spheroids. Frontiers in Molecular Biosciences. 7, 14 (2020).
- Campostrini, G., et al. functional analysis and applications of isogenic three-dimensional self-aggregating cardiac microtissues from human pluripotent stem cells. Nature Protocols. 16 (4), 2213-2256 (2021).
- Swiatlowska, P., Iskratsch, T. Tools for studying and modulating (cardiac muscle) cell mechanics and mechanosensing across the scales. Biophysical Reviews. 13 (5), 611-623 (2021).
- Zhao, Y., et al. Engineering microenvironment for human cardiac tissue assembly in heart-on-a-chip platform. Matrix Biology. 85-86, 189-204 (2020).
- Fujiwara, Y., Deguchi, K., Miki, K., Nishimoto, T., Yoshida, Y. A method for contraction force measurement of hiPSC-derived engineered cardiac tissues. Methods in Molecular Biology. 2320, 171-180 (2021).
- Wang, E. Y., et al. Biowire model of interstitial and focal cardiac fibrosis. ACS Central Science. 5 (7), 1146-1158 (2019).
- Zhao, Y., et al. A platform for generation of chamber-specific cardiac tissues and disease modeling. Cell. 176 (4), 913-927 (2019).
- Lee, E. K., et al. Machine learning of human pluripotent stem cell-derived engineered cardiac tissue contractility for automated drug classification. Stem Cell Reports. 9 (5), 1560-1572 (2017).
- Batalov, I., Feinberg, A. W. Differentiation of cardiomyocytes from human pluripotent stem cells using monolayer culture. Biomarker Insights. 10, 71-76 (2015).
- Lian, X., et al. Robust cardiomyocyte differentiation from human pluripotent stem cells via temporal modulation of canonical Wnt signaling. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (27), E1848-E1857 (2012).
- Penefsky, Z. J., Buckley, N. M., Litwak, R. S. Effect of temperature and calcium on force-frequency relationships in mammalian ventricular myocardium. Pflugers Archiv. 332 (4), 271-282 (1972).
- Bers, D. M. . Excitation-Contraction Coupling and Cardiac Contractile Force. , (2001).
- Kanaya, N., Gable, B., Wickley, P. J., Murray, P. A., Damron, D. S. Experimental conditions are important determinants of cardiac inotropic effects of propofol. Anesthesiology. 103 (5), 1026-1034 (2005).
- Galende, E., et al. Amniotic fluid cells are more efficiently reprogrammed to pluripotency than adult cells. Cellular Reprogramming. 12 (2), 117-125 (2010).
- Wacker-Gussmann, A., Strasburger, J. F., Cuneo, B. F., Wakai, R. T. Diagnosis and treatment of fetal arrhythmia. American Journal of Perinatology. 31 (7), 617-628 (2014).
- Federmann, M., Hess, O. M. Differentiation between systolic and diastolic dysfunction. European Heart Journal. 15, 2-6 (1994).
- Knight, W. E., et al. Maturation of pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes enables modeling of human hypertrophic cardiomyopathy. Stem Cell Reports. 16 (3), 519-533 (2021).
- Ma, Z., et al. Contractile deficits in engineered cardiac microtissues as a result of MYBPC3 deficiency and mechanical overload. Nature Biomedical Engineering. 2 (12), 955-967 (2018).
- de Lange, W. J., et al. Human iPSC-engineered cardiac tissue platform faithfully models important cardiac physiology. American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology. 320 (4), H1670-H1686 (2021).
- Hiranandani, N., Varian, K. D., Monasky, M. M., Janssen, P. M. L. Frequency-dependent contractile response of isolated cardiac trabeculae under hypo-, normo-, and hyperthermic conditions. Journal of Applied Physiology. 100 (5), 1727-1732 (2006).
- Puglisi, J. L., Bassani, R. A., Bassani, J. W., Amin, J. N., Bers, D. M. Temperature and relative contributions of Ca transport systems in cardiac myocyte relaxation. The American Journal of Physiology. 270 (5), H1772-H1778 (1996).
- Puglisi, J. L., Yuan, W., Bassani, J. W., Bers, D. M. Ca(2+) influx through Ca(2+) channels in rabbit ventricular myocytes during action potential clamp: Influence of temperature. Circulation Research. 85 (6), e7-e16 (1999).
- Li, R. A., et al. Bioengineering an electro-mechanically functional miniature ventricular heart chamber from human pluripotent stem cells. Biomaterials. 163, 116-127 (2018).
- Sharma, A., et al. Biomanufacturing in low Earth orbit for regenerative medicine. Stem Cell Reports. 17 (1), 1-13 (2022).
- Strauss, D. G., Wu, W. W., Li, Z., Koerner, J., Garnett, C. Translational models and tools to reduce clinical trials and improve regulatory decision making for QTc and proarrhythmia risk (ICH E14/S7B updates). Clinical Pharmacology & Therapeutics. 109 (2), 319-333 (2021).
- Gintant, G., et al. Repolarization studies using human stem cell-derived cardiomyocytes: Validation studies and best practice recommendations. Regulatory Toxicology and Pharmacology. 117, 104756 (2020).
