A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
This manuscript presents a detailed protocol for the fabrication of an emerging three-dimensional hepatocyte culture platform, the inverted colloidal crystal scaffold, and the concomitant techniques to assess hepatocyte behavior. The size-controllable pores, interconnectivity and ability to conjugate extracellular matrix proteins to the poly(ethylene glycol) (PEG) scaffold enhance Huh-7.5 cell performance.
היכולת לשמור על תפקוד hepatocyte במבחנה, לצורך בדיקת הרעילות 'xenobiotics, לומד זיהום בנגיף ופיתוח תרופות הממוקדות על הכבד, דורשת פלטפורמה שבה תאים מקבלים רמזים ביוכימיים מכאניים מתאימים. מערכות הנדסיות כבדות רקמות שנעשו לאחרונה מועסקי פיגומים תלת ממדי (3D) מורכב הידרוג סינטטי או טבעי, נתון החזקת המים הגבוהה שלהם ואת יכולתם לספק הגירויים המכאניים הדרושים על ידי התאים. חלה התעניינות גוברת בגביש קולואידים ההפוך (ICC) הפיגום, התפתחות מאוחרת, המאפשרת ארגון מרחבית גבוה, homotypic ואינטראקצית תא heterotypic, כמו גם תאי מטריקס תאים (ECM) אינטראקציה. בזאת, אנו מתארים פרוטוקול לפברק פיגום ICC באמצעות פולי (אתילן גליקול) diacrylate (PEGDA) ואת שיטת שטיפת חלקיקים. בקצרה, סריג הוא עשוי חלקיקים microsphere, שלאחריו א-פולימריים מראשפתרון r מתווסף, polymerized כראוי, ואת החלקיקים ואז הסיר, או דלף, באמצעות ממיס אורגני (למשל, tetrahydrofuran). פירוקה של תוצאות הסריג ב פיגום נקבובי ביותר עם גדלים נקבוביים מבוקרים interconnectivities המאפשר תקשורת להגיע תאים יותר בקלות. מבנה ייחודי זה מאפשר שטח פנים גבוה עבור התאים לדבוק כמו גם תקשורת קלה בין נקבובי, ואת היכולת לצפות את פיגום ICC PEGDA עם חלבונים גם מראה השפעה ניכרת על ביצועי תא. אנחנו מנתחים את המורפולוגיה של הפיגום כמו גם תא hepatocarcinoma (הא-7.5) התנהגות מבחינת כדאיות ולתפקד לחקור את השפעת מבנה ICC וציפויי ECM. בסך הכל, מאמר זה מספק פרוטוקול מפורט של פיגום המתעורר כי יש יישומים רחבים בהנדסת רקמות, במיוחד הנדסת רקמות כבדה.
הכבד הוא איבר vascularized מאוד עם מספר רב של פונקציות, כולל סילוק רעלים מן הדם, חילוף חומרים של xenobiotics, ואת הייצור של חלבונים בסרום. יש כבד רקמות מייקרו תלת ממדי (3D) מורכב, הכולל סוגי תאים מרובים, מרה, נקבות, sinusoids, ואזורים של רכב biomatrix שונה ריכוז חמצן שונה. בהינתן המבנה המורכב הזה, זה כבר קשה כדי ליצור מודל כבד ראוי במבחנה 1. עם זאת, יש ביקוש הגובר פונקציונלי במודלים חוץ גופית אירוח hepatocytes אדם כפלטפורמות לצורך בדיקת רעילות התרופה 2 ולומדים מחלות הקשורות בכבד 3.
פלטפורמות הנדסת רקמות כבדות נוכחיות יש לפשט את המורכבות של הכבד על ידי בידוד אחד, או התמקדות כמה, אחד מהפרמטרים של הכבד, כלומר שיתוף התרבות של תאים 4, הרכב הביוכימי של zonamicroenvironments l 5, דינמיקת זרימת 6,7 ואת התצורה של biomatrix 8. תצורה של biomatrix ניתן לחלק פרמטרים כגון חומרי פיגום, רכב החלבונים (ECM) מטריקס, נוקשות מטריקס כמו גם את העיצוב ומבנה של הפיגום. חל עלייה במחקרי הנדסת רקמות באמצעות הידרוג סינטטי, במיוחד פולי (אתילן גליקול) (PEG) הידרוג 9, נתן את היכולת לכוון את התכונות המכאנית של הידרוג'ל, פעילות ביולוגית, ואת קצב הידרדרות. לגבי מחקר כבד קשור, הידרוג הביולוגי יושם ללימוד הידבקות בוירוס של מחלה כבדה 3. כתוצאה עיצוב פלטפורמה hepatocyte, מחקרים רבים השתמשו תרבויות כריך hepatocyte 10,11 ו אנקפסולציה תא בתוך הידרוג'ל 12,13 לספק סביבת 3D ותא-ECM ואינטראקציה בין תאים שהם חיוניים כדי לחקות microenvironment vivo. HoweVer, פלטפורמות אלה אינן בעלי רמה גבוהה של שליטה וארגון מרחבים, שמובילות נכסים לא אחידים באמצעות הפיגום 14.
קולואידים קריסטל הפוכה (ICC) 14 הפיגום הוא פיגום 3D מאורגן עבור תרבית תאים כי הוצג לראשונה בתחילת שנות ה -2000. המבנה הייחודי של הפיגום ניתן לייחס לתהליך הייצור הפשוט באמצעות גביש קולואידים, סריג הורה של חלקיקים קולואידים של קוטר משתנה. בקצרה, כדי לסכם את התהליך, חלקיקים מסודרים בקפידה annealed שימוש בחום כדי ליצור סריג. השטיפה של סריג זה, על ידי ממס אורגני, בתוך תוצאות הידרוג'ל polymerized חללי כדורי ארז hexagonally 15 עם שטח פנים גבוהים. פיגום מאוד הורה זה נעשה בעבר עם חומרים סינתטיים וטבעיים כאחד, כולל אך לא מוגבל פולי (acrylamide) 16-21, פולי (לקטית-שיתוף גליקולית וחומצה) 15,22-30, פולי (אתילן גליקול) 31,32, פולי (methacrylate 2-hydroxyethyl) 21,33-35, ו chitosan 36-39. פיגומי ICC עשויים מחומרים שאינם עכירות נוטים לקדם spheroids הסלולר בתוך החללים 14,23,40. סוגי תאים מרובים הוכחו להתרבות בהצלחה, להבדיל ותפקוד בתוך בתצורה זו, כולל chondrocytes 41, בתאי סטרומה מח עצם 42, ותאי גזע 43,44. לגבי hepatocyte, נעשו מחקרים עם פיגומים ICC עשויים Na 2 SiO 3 ו פולי (acrylamide), אבל לא PEG. עם אסטרטגיות bioconjugation פשוט (כלומר, צימוד אמין באמצעות EDC / NHS), ECM חלבונים מצומדות מבוססי PEG פיגומים יכול להיות מפוברק, כי יכול להוכיח יותר תאים אתרי הקישור להיות יותר in vivo כמו הסביבה ולשפר את תפקוד הכבד.
בכתב היד הזה והסרטון המשויך, נפרטו את הייצור של פיגום ICCבאמצעות פולי (אתילן גליקול) diacrylate הידרוג'ל (PEGDA) ו סריג microsphere פוליסטירן, מותאם במיוחד hepatocarcinoma (הא-7.5) תרבות. אנו מדגימים את ההבדלים בין פיגומי ICC nonadhesive החשופים PEGDA בכלל פיגום ICC PEGDA מצופה קולגן מבחינת טופולוגיה פיגום וביצועי תא. כדאיות ותפקוד תא נמדדת איכותית וכמותית להעריך התנהגות תא הא-7.5.
1. ייצור פיגום ICC (איור 1)
באיור 1. סקירה כללית של ייצור ICC. פיגומים ICC מבוססי PEG מיוצרים תוך שימוש בטכניקות microfabrication עם ובלי-functionalization ECM. פיגומים ICC ECM מצופה דורשים PEG-NHS וכן PEGDA (כמפורט באיור 2). סריג PS בעל קוטר של 6 מ"מ וגובה של 8-13 שכבות חרוזות. PS, קלקר; PEGDA, פולי (אתילן גליקול) diacrylate; UV, אולטרה סגול; THF, tetrahydrofuran; ECM, תאי מטריקס. דמות זו שונתה, ונמצאת בשימוש באישורו מהאינטרנט47 ליי. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
2. אפיון מבנה ICC
3. הא-7.5 תרבות זריעת תאים
כדאיות התא 4.
תפקוד התא 5.
תוצאות הנציג לאפיון המבני של הפיגום כאל לבין ההשוואה של כל היעילות של מצב פיגום כאל culturing hepatocytes מוצגות והסבירו להלן. התנאים פיגום ICC להשתמש בתוצאות אלה הם ציפויים קולגן של 0 מיקרוגרם / מ"ל (Bare), 20 מיקרוגרם / מ"ל (קולגן 20), 200 מיקרוגרם / מ"ל ?...
פיגומים להנדסת רקמות מתפתחים במהירות כדי לספק את כל הרמזים פיסיים ביוכימיים צורך להתחדש, לשמור, או לתקן רקמות עבור היישום של החלפת איברים, לומד מחלה, פיתוח תרופות, ורבים אחרים 57. בהנדסה הכבד רקמות, hepatocytes אדם מן המעלה הראשונה לאבד פונקציות מטבוליות שלהם במהירות ?...
The authors have no competing financial interests to disclose.
המחברים מבקשים להודות התמיכה מתוך אחוות קרן המחקר הלאומית (NRF -NRFF2011-01) ותכנית מחקר תחרותי (NRF-CRP10-2012-07).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.2 mL PCR tube | Axygen Scientific | PCR-02D-C | Boil-proof |
Gorilla Glue | Gorilla Glue, Inc. | Depends on vendor. This was purchased from a local store. | |
Glass slides | VWR | 631-1575 | Dimensions: 24×60 mm |
Polystyrene spheres | Fisher Scientific | TSS#4314A | Diameter = 140 um; 3x10^4 particles per milliliter and 1.4% size distribution |
Ethanol | Merck | 1.00983.1011 | absolute for analysis EMSURE; Dilute to 70% with Milli-Q water |
Ultrasonic Bath | Elma | S10H | Equiment |
Furnace | Nabertherm | N7/H | Equipment |
200 µL pipette tip | Axygen Scientific | T-210-Y-R-S | |
Rocking shaker | VWR | 444-0142 | |
Polyethylene Glycol (PEG) | Merck | 1.09727.0100 | Mw= 4kDa; acrylation of PEG monomers and purification of the resulting precipitate produces a PEGDA macromer with Mw = 4.6kDa |
Centrifuge | Beckman Coulter | 392932 | Equipment |
Acrylate-Poly (Ethylene Glycol) - Succinimidyl Valerate | Laysan Bio | ACRL-PEG-SVA-3400-1g | Mw = 3.4 kDa |
2-hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone | Sigma Aldrich | 410896 | |
Vortex | VWR | 58816-123 | Equipment |
Microcentrifuge | Eppendorf | 5404 000.413 | |
Paraffin Film | Parafilm M | #PM996 | Kept at 9" with allows intensity of 10.84 mW/cm^2 |
Bluewave 200 UV spotlight | Blaze Technology | 120008, 122300 | |
Tetrahydrofuran (THF) | Merck | 107025 | |
Orbital shaker | Heidolph | 543-123120-00-5 | From rat |
Collagen Type I | Sigma Aldrich | C3867-1VL | 1X, w/o CaCl & MgCl; Ph = 7.2 |
Phosphate Buffered Saline (PBS) | Gibco | 20012-027 | 16% W/V AQ. 10x10ml |
Paraformaldehyde | VWR | 43368.9M | Equipment |
Freezone 4.5 freeze drier | Labconco | 7750020 | Equipment |
Sputter coater | Jeol Ltd. | JFC-1600 | Equipment |
Scanning Electron Microscope | Jeol Ltd. | JSM 5310 | |
Anti-mouse primary antibodies against Collagen type I | Abcam | ab6308 | |
Anti-mouse secondary antibody conjugated with Alexa Fluor 488 | Life Technologies | A21121 | |
Plate, Tissue Culture 24 Well, Flat Bottom (Nunclon) | Bio-Rev PTE LTD | 3820-024 | |
Dulbecco's Modified Eagle's Medium(DMEM) 2.5 g/L Glucose w/ L-Gln | Lonza | 12-604F | |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Gibco | A15-151 | |
Penicillin-Streptomycin (P/S) | Life Tchnologies | 15140-122 E | |
APC49‐Huh ‐7.5 Cell Line | Apath | ||
100 mm Corning non-treated culture dishes | Sigma Aldrich | CLS430591 | |
0.25% Trypsin-EDTA | Gibco | 25200-056 | Equipment; 37°C, 5% Humidity |
Forma Steri-Cycle CO2 Incubators | Thermofisher Scientific | 371 | |
Hausser Bright-Line Phase Hemacytometer | Thermofisher Scientific | 02-671-6 | |
Live/Dead Viability/Cytotoxicity Kit 'for mammalian cells | Life Technologies | L3224 | |
CCK-8 Assay | Dojindo Laboratories | CK04-11 | Monosodium-salt reagent (MSR) |
Infinite 200 PRO microplate reader | Tecan | ||
Albumin Human ELISA kit | Abcam | ab108788 | |
Triton X-100 | Bio-Rad | #1610407 | |
Bovine Serum Albumin (BSA) | Sigma-Aldrich | A2153-50G | |
Anti-mouse primary antibodies (against CYP3A4, albumin) | Santa Cruz Biotechnology | sc-53850; sc-271605 | |
DAPI | Life Technologies | D3571 | |
Alexa Fluor 555 labelled Phalloidin | Life Technologies | A34055 | |
Trizol | Life Technologies | 15596-026 | |
Chloroform | VWR | 22706.326 | |
Isopropanol | Fisher Scientific | 67-63-0 | |
DPEC water | Thermofisher Scientific | AM9916 | |
Nanodrop 2000c Spectrophotometer | Thermofisher Scientific | ND-2000 | |
iScript Reverse Transcription Supermix | Bio-Rad Laboratories | 1708840 | |
SYBR select Master Mix for CFX | Life Technology | 4472937 | |
Primers (to be chosen) | |||
CFX96 Real-Time System, C-1000 Touch Thermal Cycler | Bio Rad Laboratories | SOFT-CFX-31-PATCH |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionExplore More Articles
This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved