A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
تعتبر كرويات الخلايا نموذجا محتملا في مجال التطبيقات البيولوجية. توضح هذه المقالة بروتوكولات لتوليد كرويات الخلايا بشكل متطور باستخدام جهاز تجميع صوتي 3D ، والذي يوفر طريقة فعالة للتصنيع القوي والسريع للكرويات الخلوية الموحدة.
كرويات الخلية واعدة ثلاثية الأبعاد (3D) النماذج التي اكتسبت تطبيقات واسعة في العديد من المجالات البيولوجية. يقدم هذا البروتوكول طريقة لتصنيع كرويات الخلايا عالية الجودة وعالية الإنتاجية باستخدام جهاز تجميع صوتي 3D من خلال إجراءات قابلة للمناورة. يتكون جهاز التجميع الصوتي من ثلاثة محولات طاقة تيتانات الزركونات الرصاص (PZT) ، كل منها مرتب في المستوى X / Y / Z لغرفة بولي ميثيل ميثاكريلات مربعة (PMMA). يتيح هذا التكوين إنشاء نمط صفيف نقطي 3D للعقد الصوتية المرفوعة (LANs) عند تطبيق ثلاث إشارات. نتيجة لذلك ، يمكن دفع الخلايا الموجودة في محلول الجيلاتين ميثاكريلويل (GelMA) إلى الشبكات المحلية ، لتشكيل مجاميع خلايا موحدة في ثلاثة أبعاد. ثم يتم معالجة محلول GelMA بالأشعة فوق البنفسجية وتشابكه ليكون بمثابة سقالة تدعم نمو مجاميع الخلايا. أخيرا ، يتم الحصول على كتل من الكرويات الناضجة واسترجاعها عن طريق إذابة سقالات GelMA لاحقا في ظل ظروف معتدلة. سيمكن جهاز تجميع الخلايا الصوتية 3D الجديد المقترح من تصنيع كرويات الخلايا ، وحتى المواد العضوية ، مما يوفر تقنية محتملة كبيرة في المجال البيولوجي.
تم التعرف على نماذج الزراعة ثلاثية الأبعاد في المختبر ، والتي توفر المزيد من الخصائص الهيكلية والمورفولوجية الشبيهة بالجسم الحي مقارنة بنماذج الثقافة ثنائية الأبعاد التقليدية ، كأنظمة واعدة في مختلف التطبيقات الطبية الحيوية مثل هندسة الأنسجة ونمذجة الأمراض وفحص الأدوية1،2،3. كنوع واحد من نموذج الثقافة ثلاثية الأبعاد ، تشير كرويات الخلايا عادة إلى تجميع الخلايا ، مما يخلق هياكل كروية ثلاثية الأبعاد تتميز بتفاعلات خلية خلية ومصفوفة خليةمحسنة 4،5،6. لذلك ، أصبح تصنيع كرويات الخلايا أداة قوية لتمكين الدراسات البيولوجية المتنوعة.
تم تطوير تقنيات مختلفة ، بما في ذلك القطرة المعلقة7 ، أو الألواح غير اللاصقة8 ، أو أجهزة microwell9 ، للحصول على كرويات. من حيث المبدأ ، تسهل هذه الطرق عادة تجميع الخلايا من خلال استخدام القوى الفيزيائية مثل قوة الجاذبية مع تقليل التفاعلات بين الخلايا والركيزة. ومع ذلك ، فإنها غالبا ما تنطوي على عمليات كثيفة العمالة ، وذات إنتاجية منخفضة ، وتشكل تحديات للتحكم في حجم كروي10,11. الأهم من ذلك ، أن إنتاج كرويات بالحجم المطلوب والتوحيد بكمية كافية له أهمية قصوى لتلبية تطبيقات بيولوجية محددة. على عكس الطرق المذكورة أعلاه ، أظهرت الموجات الصوتية ، كنوع واحد من التقنيات التي تحركها القوة الخارجية12،13،14 ، إمكانية التصنيع الشامل للكرويات الخلوية بجودة عالية وإنتاجية عالية ، بناء على مبدأ تعزيز تجميع الخلايا من خلال القوى الخارجية15،16،17،18. على عكس القوى الكهرومغناطيسية أو المغناطيسية ، فإن تقنيات معالجة الخلايا القائمة على الصوت غير جراحية وخالية من الملصقات ، مما يتيح تكوين كروي مع توافق حيوي ممتاز19,20.
بشكل عام ، تم تطوير الموجات الصوتية السطحية الدائمة (SAWs) والأجهزة القائمة على الموجات الصوتية السائبة (BAWs) لتوليد كرويات ، باستخدام العقد الصوتية (ANs) التي تنتجها الحقول الصوتية الدائمةالمقابلة 21،22،23. على وجه الخصوص ، اكتسبت أجهزة التجميع الصوتية القائمة على BAWs ، مع مزايا التصنيع المريح والتشغيل السهل وقابلية التوسع الممتازة ، الانتباه لتصنيع كرويات الخلية24,25. لقد قمنا مؤخرا بتطوير جهاز تجميع صوتي سهل قائم على BAWs مع القدرة على توليد كرويات ذات إنتاجية عالية26. يتكون الجهاز المقترح من غرفة مربعة متعددة الميثيل ميثاكريلات (PMMA) مع ثلاثة محولات تيتانات الزركونات الرصاص (PZT) مرتبة على التوالي في المستوى X / Y / Z. يتيح هذا الترتيب إنشاء نمط صفيف نقطي 3D للعقد الصوتية المرفوعة (LANs) لتجميع خلايا القيادة. بالمقارنة مع الأجهزة المستندة إلى BAWs أو SAWs التي تم الإبلاغ عنها سابقا ، والتي يمكنها فقط إنشاء مجموعة 1D أو 2D من ANs27،28،29 ، يتيح الجهاز الحالي مجموعة نقطية ثلاثية الأبعاد من شبكات LAN لتشكيل إجمالي الخلايا السريع داخل محلول الجيلاتين ميثاكريلويل (GelMA). بعد ذلك ، نضجت مجاميع الخلايا إلى كرويات ذات قابلية عالية للبقاء داخل سقالات GelMA المعالجة ضوئيا بعد ثلاثة أيام من الزراعة. أخيرا ، تم الحصول بسهولة على عدد كبير من الأجسام الكروية ذات الحجم الموحد من سقالات GelMA للتطبيقات النهائية.
1. تصنيع جهاز التجميع الصوتي 3D
2. إعداد نظام التجميع الصوتي
3. زراعة الخلايا وإجراءات الحصاد
4. إعداد الحبر الحيوي
5. تجميع كرويات الخلية باستخدام الجهاز الصوتي
6. استرجاع كرويات الخلية
7. تحليل الجدوى الكروية
صممت هذه الدراسة جهاز تجميع صوتي 3D للتصنيع الشامل للكرويات الخلوية. يتألف الجهاز الصوتي من غرفة مربعة مع محولي طاقة PZT متصلين بالمستوى X والمستوى Y على السطح الخارجي للغرفة ومحول طاقة PZT واحد في قاع الغرفة (الشكل 1A ، B). تم توصيل ثلاث قنوات إخراج من مولدين وظيفيين بثل?...
إن التصنيع الفعال والمستقر للكرويات الخلوية ذات الإنتاجية العالية باستخدام تقنيات مثل جهاز التجميع الصوتي ثلاثي الأبعاد يحمل وعدا كبيرا لتطوير الهندسة الطبية الحيوية وفحص الأدوية1،2،3. يبسط هذا النهج الإنتاج الضخم للكرويات الخلوية من خ...
ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.
تم دعم عمل Tis من قبل البرنامج الوطني للبحث والتطوير الرئيسي في الصين (2022YFA1104600) ، ومؤسسة العلوم الطبيعية لمقاطعة تشجيانغ في الصين (LQ23H160011).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.22-μm filter | Merck | SLGSM33SS | Used for GelMA solution sterilization |
35 mm-cell culture dish | Corning | 430165 | Used for culturing cells |
Confocal microscope | Nikon | A1RHD25 | Fluorescent cell observation |
DiO dye | Beyotime | C1038 | Dye used to stain cells |
DMEM | Gibco | 12430054 | Cell culture media |
FBS | Gibco | 10099141C | Cell culture media supplement |
Function generator | Rigol | DG5352 | For RF signal generation |
GelMA | Regenovo | none | Used to prepare bioink |
GelMA lysis buffer | EFL | EFL-GM-LS-001 | Used to dissolve GelMA scaffolds |
Inverted microscope | Nikon | Ti-U | Cell observation |
LAP | Sigma-Aldrich | 900889 | Used as photoinitiator |
Live-Dead kit | Beyotime | C2015M | Cell vability analysis |
PBS | Gibco | 10010002 | Used as buffer |
Penicillin-streptomycin | Gibco | 15070063 | Prevent cell culture contamination |
Power amplifer | Minicircuit | LCY-22+ | Increase the voltage amplitude of the RF signal |
PZT transducers | Yantai Xingzhiwen Trading Co.,Ltd. | PZT-41 | Functional units for acoustic assembly device |
T25 cell culture flask | Corning | 430639 | Used for culturing cells |
Trypan blue | Gibco | 15250061 | Cell counting |
Trypsin-EDTA | Gibco | 25200056 | Cell dissociation enzyme |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved