אנו מודים לג'ורג' ג'ודיס וסטיבן אליסון על תרומת פיברובלסטים עוריים אנושיים ורמש ראגופתיה על העזרה באלגוריתם מעקב המתחים. תמיכה בעבודה זו ניתנה על ידי ארה"ב. המחלקה לחינוך בוגר סיוע בתחומים של מלגת הצורך הלאומי (GAANN P200A120071).

1. הכנת סטנסיל
הכינו סטנסיל בפרפילם לפריסת המיקום של כל הסבר, בהתאם לגיאומטריה הרצויה(איורים 1A ו-1B). רווח כל explant כ 1-2 מ"מ זה מזה. מרחק זה תואם למרווח אידיאלי ליצירת יישור סיבים בין תערוכות. חבר את הסטנסיל מתחת לאזור הכיסוי שבו הדגימה תהיה מוכנה עם קלטת.
2. עיקור
יש לנקות ביסודיות את כל הרכיבים של הביוריאקטור באמצעות 70% אתנול ולחטא במשך 2-3 שעות תחת אור UV לפני הניסוי. אם כלי חלופי נמצא בשימוש במקום bioreactor אז טכניקות עיקור נאותה יש להשתמש. ראה שלב 4.12 להערות על שימוש בצלחת פטרי תחתית זכוכית.
3. הכנת ג'ל פיברין
לאחר שרכיבי הביוריאקטור עברו עיקור, הטילו שכבה דקה של ג'ל פיברין על פני השטח של המשקפיים. פרטים להכנת פתרונות מלאי פיברינוגן ותרומבין להכנת 6.6 מ"ג / מ"ל ג'ל פיברין מתוארים סנדר ואח '. 13 פרוטוקול דומה של Ye et al. 19 להכנת 3.3 מ"ג / מיליליטר פיברין ג'ל ניתן לראות גם באתר האינטרנט של JoVE.
<ol><li>הכינו פתרון של חיידקים פלואורסצנטיים ב-DMEM בריכוז של 10 מיליון חרוזים/מ"ל. החרוזים ישמשו כדי לסייע במעקב אחר עקירת ג'ל. כדי להשיג ריכוז זה, לשלב 0.017 מ"ל של פתרון מלאי microbead ו 0.149 מ"ל של DMEM לתוך צינור microcentrifuge.</li>
	<li>Sonicate השעיה זו במשך 10 דקות כדי לפזר את החרוזים הומוגניזציה הפתרון.</li>
	<li>פיברין פתרון — ב 15 מיליליטר c-tube, לערבב 0.22 מ"ל של פתרון מלאי פיברינוגן עם 0.44 מ"ל של 20 mM HEPES מאגר. הוסף את 0.1667 מ"ל של DMEM עם microbeads שנוצרו בשלב 3.1.</li>
	<li>פתרון תרומבין - בצינור c נפרד של 15 מ"ל, יש לערבב יחד 0.0328 מ"ל של תמיסת מלאי תרומבין, 0.131 מ"ל של חיץ HEPES של 20 מ"מ ו-0.00246 מ"ל של 2 M CaCl2.</li>
	<li>בזהירות לערבב את פתרון תרומבין (שלב 3.4) עם פתרון פיברינוגן (שלב 3.3) על ידי pipetting למעלה ולמטה 5-10x עד הפתרון מופץ באופן שווה. הימנע החדרת בועות ככל האפשר. כדי להפחית את כמות הבועות המיוצרות, היזהר לא לפרוק באופן מלא את פיפטה תוך ערבוב.</li>
	<li>תוספת של תרומבין יגרום הפתרון ג'ל במהירות (~ 30 שניות). פיפטה הפתרון המעורב על כיסוי בהקדם האפשרי. אפשרו לג'ל לטבול ב-RT.</li>
	<li>לאטום את bioreactor, להכניס את בלוקי החימום, ולחבר את התרמוקולים לבקר הטמפרטורה. דגירה את הג'ל ב 37 מעלות צלזיוס במשך 15-30 דקות.</li>
</ol>4. הכנת הסבר תא
<ol><li>הסר מדיום מבקבוק T-75 המכיל את תאי הפיברובלסט העוריים האנושיים.</li>
	<li>יש לשטוף בזהירות את פני השטח בכ-5 מ"ל מלוחים עם אגירת פוספט (PBS) להסרת חלבוני סרום. מוסיפים 1 מ"ל של טריפסין-EDTA ומדגרים במשך 3 דקות, או עד שהתאים מורמות.</li>
	<li>לאחר התאים הוסרו, לסובב את ההשעיה למטה בצנטריפוגה ב 200 x g במשך 5 דקות. הסר את supernatant ו resuspend גלולה בנפח של DMEM שיאפשר ריכוז סופי של 20 מיליון תאים / מיליליטר.</li>
	<li>בזמן שהתאים מסתובבים למטה בצנטריפוגה לנתק את bioreactor מגושי החימום ואת התרמוקופלים. להעביר את bioreactor לארון biosafety ולהסיר בזהירות את המכסה הבאים טכניקות אספטיות.</li>
	<li>צור explants על ידי pipetting 0.3 μl של התא השעיה על ג'ל פיברין פולימר, בעקבות התבנית על הסטנסיל. כל הסבר צריך להכיל כ-6,000 תאים. ודא כי טיפים מיקרופיפט בנפח נמוך משמשים (0.1-10 μl).</li>
	<li>אפשר לתאים להתיישב ולהתחבר למטריצת הפיברין למשך שעה ב-37 מעלות צלזיוס.</li>
	<li>עם bioreactor עדיין פתוח, להוסיף כ 5 מ"ל של DMEM בתוספת 10% סרום שור עוברי (FBS), 1% פניצילין-סטרפטומיצין, 0.1% amphotericin B, ו 10 מ"ג / מ"ל אפרוטינין ישירות לתוך תא bioreactor. DMEM הוא מאגר ביקרבונט ודורש 5% CO2 כדי לשמור על pH ניטרלי. מאז bioreactor אינו מסופק עם CO2, מצב המדיום באינקובטור עם 5% CO2 עבור 2-3 שעות לפני השימוש. אפרוטינין הוא מעכב פרוטאז סרין כי הוא בשימוש נרחב כדי להפחית את שיעור השפלה פיברין20.</li>
	<li>תחסום מחדש את הביוריאקטור. השתמש במזרק כדי לספק 5 מ"ל נוספים של CO2 בינוני מותנה באמצעות התאמת דוקרני על יציאת הכניסה. לוותר על המדיום לאט ולוודא את כל הנפח של תא bioreactor מלא. הסר בזהירות בועות היוצרות בביוריאקטור.</li>
	<li>לספק טרי, 5% CO2 מותנה בינוני bioreactor לאורך כל הניסוי על מנת לשמור על pH, לספק חומרים מזינים, ולהסיר מוצרי פסולת. הגדר משאבת מזרק עם מזרק 10 מ"ל או 30 מ"ל מלא 5% CO2 בינוני מותנה. חבר את המזרק ישירות ליציאת הכניסה על מכסה הביוריאקטור עם צינורות סטריליים מצוידים בנעילת לואר. הסר את ההתאמה הגברית וחבר את הצינור להתאמת התיל בביוריאקטור (ראו איור 1C).</li>
	<li>הגדר את קצב הזלוף ל- 0.01 מ"ל/דקה. חבר חתיכות צינורות מותאמים לשתי יציאות היציאה והנח את הקצוות לתוך 100 מל כדי לאסוף פסולת.</li>
	<li>השתמשו בשקע מעבדה כדי לקבוע את גובה ההזנה של המפרצון והשקע כך שלא יתפתח הפרש לחץ בביוריאקטור (עיין באיור 1D לעיון).</li>
	<li>אם bioreactor אינו זמין, להכין דגימות 35 מ"מ זכוכית התחתונה פטרי מנות עם צמרות זכוכית. השתמש באחד עם גודל כריכה הממוטב עבור קבוצת המטרות הספציפית לשימוש. דגימות המוכנות במנות פטרי צריכות להישמר באינקובטור ב 37 °C (69 °F) ו 5% CO2. הערה: פוליסטירן depolarizes אור יפריע הדמיה DIC, כך צמרות זכוכית יש להשתמש אם הדמיה DIC יתבצע. ניגודיות פאזה היא מודל הדמיה חלופי מתאים. העברת כלים בין החממה למיקרוסקופ תקשה על רישום התמונה. אם התמונות אינן נרשמות כראוי אז המתח המחושב בסעיף 6 לא יהיה מדויק.</li>
</ol>5. הדמיה לשגות בזמן
<ol><li>לאחר הכנת הדגימה, יש לאתום מחדש את הביוריאקטור, לחבר מחדש את גושי החימום והתרמוקולים, ולהגדיר את טמפרטורת הביוריאקטור ל-37 מעלות צלזיוס.</li>
	<li>הניחו את הביוריאקטור על הבמה הממונעת המותקנת על המיקרוסקופ. מקם את המטרה DIC 20X מתחת ליציאת התצוגה. מטרת הגדלה נמוכה יותר מקובלת, במיוחד אם שלב ממונע מדויק אינו זמין. ודא כי הקיטוב, המנתח והפיזמה נמצאים כולם במקום. לחלופין, ניתן גם לדמות דגימות באמצעות ניגודיות פאזה.</li>
	<li>פתח את תוכנת ההדמיה.</li>
	<li>למקד את המטרה על האזור בין שלושת explants.</li>
	<li>שמור את הקואורדינטות (x, y ו- z) של מיקום זה בתוכנת הדימות.</li>
	<li>כדי לדמות את כל האזור בין המקללים וסביבם, בחרו באפשרות לרכוש תמונה גדולה וציינו את גודל האזור. פעולה זו תאפשר רכישה של תמונות מרובות סביב האזור שצוין ותיצור תמונה פרושה המייצגת אזור גדול יותר של המדגם.</li>
	<li>הגדר את זמן החשיפה ואת עוצמת האור לערכים הנמוכים ביותר האפשריים כדי למנוע מוות של תאים הנגרמים על ידי phototoxicity, תוך מתן רזולוציה מספקת כדי להפלות בין תאים, microbeads, סיבי פיברין.</li>
</ol>6. מעקב אחר זנים
לפרטים והוראות על התוכנה למעקב אחר זנים (איור 2) המשמשת ראה ראגופתיה ואח '. 21 האלגוריתם הוא קוד MATLAB מותאם אישית שניתן להוריד <a href="http://www.license.umn.edu/default.aspx">http://www.license.umn.edu/default.aspx</a>. שים לב שלתמונות DIC יש לעתים קרובות מספיק מרקם למעקב אחר זנים. המיקרוביאדים כלולים כדי לשמש כבדיקה על שדות המתח המחושבים. אם מעקב מאמץ ייעשה זה קריטי כי התמונות שהושגו נלקחים באותו מיקום בדיוק, כך התמונות נרשמות. תמונות לא רשומות ייצרו זנים מזויפים.

<ol>
	<li>Grinnell, F., Petroll WM, . <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+motility+and+mechanics+in+three-dimensional+collagen+matrices.">Cell motility and mechanics in three-dimensional collagen matrices.</a> Annu. Rev. Cell. Dev. Biol. 26, 335-361 (2001).</li><li>Sander, E. A., Barocas, V. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Biomimetic collagen tissues: collagenous tissue engineering and other applications. In: Collagen: Structure and Mechanics. , (2008).</li><li>Pedersen JA, ., Swartz MA, . <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanobiology+in+the+third+dimension.">Mechanobiology in the third dimension.</a> Ann. Biomed. Eng. 33 (11), 1469-1490 (2005).</li><li>Bell, E., Ivarsson, B., Merrill, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Production+of+a+tissue-like+structure+by+contraction+of+collagen+lattices+by+human+fibroblasts+of+different+proliferative+potential+in+vitro.">Production of a tissue-like structure by contraction of collagen lattices by human fibroblasts of different proliferative potential in vitro.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 76 (3), 1274 (1979).</li><li>Guidry, C., Grinnell, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studies+on+the+mechanism+of+hydrated+collagen+gel+reorganization+by+human+skin+fibroblasts.">Studies on the mechanism of hydrated collagen gel reorganization by human skin fibroblasts.</a> J. Cell. Sci. 79 (1), 67-81 (1985).</li><li>Fluck, J., Querfeld, C., Cremer, A., Niland, S., Krieg, T., Sollberg, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Normal+human+primary+fibroblasts+undergo+apoptosis+in+three-dimensional+contractile+collagen+gels.">Normal human primary fibroblasts undergo apoptosis in three-dimensional contractile collagen gels.</a> J. Invest. Dermatol. 110 (2), 153-157 (1998).</li><li>Rosenfeldt, H., Grinnell, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fibroblast+quiescence+and+the+disruption+of+ERK+signaling+in+mechanically+unloaded+collagen+matrices.">Fibroblast quiescence and the disruption of ERK signaling in mechanically unloaded collagen matrices.</a> J. Biol. Chem. 275 (5), 3088-3092 (2000).</li><li>Nakagawa, S., Pawelek, P., Grinnell, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+culture+of+fibroblasts+in+contracted+collagen+gels:+Effects+on+cell+growth+and+biosynthetic+activity.">Long-term culture of fibroblasts in contracted collagen gels: Effects on cell growth and biosynthetic activity.</a> J. Invest. Dermatol. 93 (6), 792-798 (1989).</li><li>Harris, A. K., Stopak, D., Wild, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fibroblast+traction+as+a+mechanism+for+collagen+morphogenesis.">Fibroblast traction as a mechanism for collagen morphogenesis.</a> Nature. 290, 249-251 (1981).</li><li>Stopak, D., Harris AK, . <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Connective+tissue+morphogenesis+by+fibroblast+traction:+I.+tissue+culture+observations.">Connective tissue morphogenesis by fibroblast traction: I. tissue culture observations.</a> Dev. Biol. 90 (2), 383-398 (1982).</li><li>Sawhney, R. K., Howard, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Slow+local+movements+of+collagen+fibers+by+fibroblasts+drive+the+rapid+global+self-organization+of+collagen+gels.">Slow local movements of collagen fibers by fibroblasts drive the rapid global self-organization of collagen gels.</a> J. Cell. Biol. 157 (6), 1083-1092 (2002).</li><li>Provenzano, P. P., Inman, D. R., Eliceiri, K. W., Trier, S. M., Keely, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contact+guidance+mediated+three-dimensional+cell+migration+is+regulated+by+rho/ROCK-dependent+matrix+reorganization.">Contact guidance mediated three-dimensional cell migration is regulated by rho/ROCK-dependent matrix reorganization.</a> Biophys. J. 95 (11), 5374 (2008).</li><li>Sander, E., Barocas, V., Tranquillo, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Initial+fiber+alignment+pattern+alters+extracellular+matrix+synthesis+in+fibroblast-populated+fibrin+gel+cruciforms+and+correlates+with+predicted+tension.">Initial fiber alignment pattern alters extracellular matrix synthesis in fibroblast-populated fibrin gel cruciforms and correlates with predicted tension.</a> Ann. Biomed. Eng. 39 (2), 714-729 (2011).</li><li>Barocas, V. H., Tranquillo, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+anisotropic+biphasic+theory+of+tissue-equivalent+mechanics:+the+interplay+among+cell+traction,+fibrillar+network+deformation,+fibril+alignment,+and+cell+contact+guidance.">An anisotropic biphasic theory of tissue-equivalent mechanics: the interplay among cell traction, fibrillar network deformation, fibril alignment, and cell contact guidance.</a> J. Biomech. Eng. 119, 137-146 (1997).</li><li>Neidert, M. R., Tranquillo, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tissue-engineered+valves+with+commissural+alignment.">Tissue-engineered valves with commissural alignment.</a> Tissue Eng. 12 (4), 891-903 (2006).</li><li>Robinson PS, ., Robinson PS, . <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Planar+biaxial+behavior+of+fibrin-based+tissue-engineered+heart+valve+leaflets.">Planar biaxial behavior of fibrin-based tissue-engineered heart valve leaflets.</a> Tissue Eng. Part A. 15 (10), 2763-2772 (2009).</li><li>Grassl, E., Oegema, T., Tranquillo, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fibrin+as+an+alternative+biopolymer+to+type+I+collagen+for+the+fabrication+of+a+media+equivalent.">Fibrin as an alternative biopolymer to type I collagen for the fabrication of a media equivalent.</a> J. Biomed. Mater. Res. 60 (4), 607-612 (2002).</li><li>Paten, J. A., Zareian, R., Saeidi, N., Melotti, S. A., Ruberti, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+performance+of+an+optically+accessible,+low-volume,+mechanobioreactor+for+long-term+study+of+living+constructs.">Design and performance of an optically accessible, low-volume, mechanobioreactor for long-term study of living constructs.</a> Tissue Eng. Part C Methods. 17 (7), 775-788 (2001).</li><li>Ye KY, ., Sulli van KE, ., Black LD, . <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Encapsulation+of+cardiomyocytes+in+a+fibrin+hydrogel+for+cardiac+tissue+engineering.">Encapsulation of cardiomyocytes in a fibrin hydrogel for cardiac tissue engineering.</a> J. Vis. Exp. (55), (2011).</li><li>Ahmann, K. A., Weinbaum, J. S., Johnson, S. L., Tranquillo, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fibrin+degradation+enhances+vascular+smooth+muscle+cell+proliferation+and+matrix+deposition+in+fibrin-based+tissue+constructs+fabricated+in+vitro.">Fibrin degradation enhances vascular smooth muscle cell proliferation and matrix deposition in fibrin-based tissue constructs fabricated in vitro.</a> Tissue Eng. Part A. 16 (10), 3261-3270 (2010).</li><li>Raghupathy, R., Witzenburg, C., Lake, S. P., Sander, E. A., Barocas, V. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+of+regional+mechanical+anisotropy+in+soft+tissue+analogs.">Identification of regional mechanical anisotropy in soft tissue analogs.</a> J. Biomech. Eng. 133, (2011).</li><li>Robinson, P. S., Johnson, S. L., Evans, M. C., Barocas, V. H., Tranquillo, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+tissue-engineered+valves+from+cell-remodeled+fibrin+with+commissural+alignment+of+cell-produced+collagen.">Functional tissue-engineered valves from cell-remodeled fibrin with commissural alignment of cell-produced collagen.</a> Tissue Eng. Part A. 14 (1), 83-95 (2008).</li><li>Gabbiani, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+myofibroblast+in+wound+healing+and+fibrocontractive+diseases.">The myofibroblast in wound healing and fibrocontractive diseases.</a> J. Pathol. 200 (4), 500-503 (2003).</li><li>PaszeK, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tensional+homeostasis+and+the+malignant+phenotype.">Tensional homeostasis and the malignant phenotype.</a> Cancer Cell. 8 (3), 241-254 (2005).</li><li>Grinnell, F., Rocha L, B., Iucu, C., Rhee, S., Jiang, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nested+collagen+matrices:+A+new+model+to+study+migration+of+human+fibroblast+populations+in+three+dimensions.">Nested collagen matrices: A new model to study migration of human fibroblast populations in three dimensions.</a> Exp. Cell. Res. 312 (1), 86-94 (2006).</li><li>Miron-Mendoza, M., Seemann, J., Grinnell, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+differential+regulation+of+cell+motile+activity+through+matrix+stiffness+and+porosity+in+three+dimensional+collagen+matrices.">The differential regulation of cell motile activity through matrix stiffness and porosity in three dimensional collagen matrices.</a> Biomaterials. 31 (25), 6425-6435 (2010).</li><li>Wakatsuki, T., Kolodney MS, ., Zahalak GI, ., Elson EL, . <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+mechanics+studied+by+a+reconstituted+model+tissue.">Cell mechanics studied by a reconstituted model tissue.</a> Biophys. J. 79 (5), 2353-2368 (2000).</li><li>De Jesus, A., Aghvami, M., Sander, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fibroblast-mediated+fiber+realignment+in+fibrin+gels.">Fibroblast-mediated fiber realignment in fibrin gels.</a> , (2013).</li><li>Aghvami, M., Barocas, V. H., Sander, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiscale+mechanical+simulations+of+cell+compacted+collagen+gels.">Multiscale mechanical simulations of cell compacted collagen gels.</a> J. Biomech. Eng. 135, (2013).</li></ol>

לא הוכרזו ניגודי אינטרסים.

פרוטוקול זה פותח לצורך התבוננות וכימות המכניקה המעורבת בשיפוץ ECM בתיווך תאים. תהליכים כאלה ביסוד מספר תופעות ביולוגיות ויש להם השלכות חשובות על רקמות הנדסיות2,22, הפחתת צלקת1,23, והבנת רקמות פתולוגיות שיפוץ12,24. השימוש במיקרוסקופיה DIC לשגות זמן מאפשר אחד לפתור ולכמת את התזוזה והיישור של סיבי פיברין המתרחשת כתוצאה של כוחות המתיחה התא. הארגון מחדש שנצפה כאן הוא השלב הראשון של תהליך השיפוץ, והוא עוקב אחר הדפוסים הארגוניים שנצפו בקולגן11. ארגון מחדש מלווה בשילוב של השפלת פיברין וסינתזת ECM. בעוד שלב הארגון מחדש של שיפוץ מתרחש על פני כמה שעות עד כמה ימים, שלב הסינתזה של תהליך השיפוץ לוקח שבועות להתגלות13. המערכת המתוארת כאן מסוגלת לפעול במשך שבועות, ולכן ניתן להתאים אותה לניטור אירועים מאוחרים אלה.
שינויים אפשריים בטכניקה זו עשויים לכלול שינוי המיקום, המספר והגודל של האקספלוררים כדי ליצור גיאומטריות שונות ולבחון הבדלים בדפוסי היישור. Explants יכול גם להיות מוטבע בתוך הג'ל במקום על פני השטח על ידי הצבת explants בין שכבות פיברין. שינויים אחרים עשויים לכלול שימוש בג'לים אחרים היוצרים סיבים במקום פיברין, כגון קולגן, או הוספת חלבוני מטריצה חוץ-תאיים אחרים, כגון פיברונקטין או חומצה היאלורונית.
ללא קשר לאיזה קבוצה של משתנים ניסיוניים נבחרה, הצלחת הניסוי תלויה באופן קריטי בחיבור לתאים. לכן, חשוב כי אחד משתמש במיקרוסקופ כדי לבדוק כי explants יש מחובר למשטח הג'ל לפני הוספת מדיום תרבות, כמו גזירה נוזלית יכול להסיר את explants מג'ל פיברין. אתגר נוסף שאפשר להיתקל בו הוא לשמור על תאי האקספלנט יחד כאשר הם מזרימים אותם לג'ל. אם זה הופך להיות בעיה אפשר לשנות את שלב 4.4 כך גלולה התא הוא respended בכמויות שוות של DMEM ומעורב טרי 0.5 מ"ג / מיליליטר סוג מחדש אני קולגן. הוספת כמות מדוללת של קולגן יכולה לעזור לשמור על התאים של explant יחד. ניתן להשוות הליך זה לשיטת מטריצות הקולגן המקוננת שפותחה על ידי Grinnell et al., שם ניתן גם ללמוד נדידת תאים ושינויים במיקרו-מבנה קולגן על ידי הצבת ג'ל קולגן מאוכלס בתאים לתוך ג'ל קולגן תאי25,26. השגת תמונות ממוקדות לאורך כל הניסוי היא גם מאוד חשובה. שמירה על המיקוד יכולה להיות קשה כי explants לנוע כלפי מטה כמו ג'ל דוחס ומפחית בעובי. כתוצאה מכך, תידרש התמקדות מחדש כל עוד הג'ל קומפקטי. לבסוף, explants עשוי להתנתק מן הג'ל במהלך הניסוי עקב מתח מכני מוגזם27, השפלה פיברין, או שילוב כלשהו של השניים. אם סיבים לקרוע עקב מתח מכני אפשר לנסות להפחית את מספר התאים explant ולהגדיל את ריכוז הסיבים בג'ל. ראינו בעיות ניתוק עקב השפלה פיברין סביב explant כי נעלמים כאשר מעכבי פלסמין כגון אפרוטינין (כפי שנעשה כאן שימוש) או חומצה אפסילון אמינואקפרואית (ACA) כלולים במדיום.
בחרנו להשתמש ב- DIC כאמצעי ההדמיה שלנו לניסויים אלה מכיווןשדסק"ש מאפשרת לדמות סיבים ואת תהליך יישור הסיבים לאורך פרקי זמן ממושכים באופן הממזער את הנזק לתאים מחשיפה לאור ( כלומר פוטוטוקסיות). ניתן להשתמש גם בהדמיית ניגודיות פאזה, אך הרזולוציה של סיבים בודדים נחותה מ- DIC. עם זאת, אף אחת מן אופני ההדמיה הללו אינה מספקת מידע על יישור מחדש של סיבים המתרחשים מחוץ למישור(כלומר דרך עובי המדגם) ולכן פרשנות הנתונים צריכה לזכור מגבלה זו. מידע כזה ניתן להשיג עם מיקרוסקופיה confocal, בתנאי כי בעיות פוטנציאליות עם phototoxicity מטופלים בעת הגדרת הניסוי. לבסוף, תמונות DIC מכילות מעבר צבע של ניגודיות(כלומר ציר הטיה) המשפיע על הנראות של סיבים באופן תלוי זווית. כתוצאה מכך, כמה כיוונים סיבים יהיה קל יותר לדמיין מאחרים.
יישומים עתידיים של טכניקה זו עשויים לכלול התבוננות בהשפעה של תנאי גבול, מרחק explant-to-explant, ואת הגיאומטריה של הג'ל על ארגון מחדש של סיבים. טכניקות ניתוח תמונה כגון אלגוריתם מעקב המתח המשמש כאן ניתן להשתמש כדי לכמת כיצד כל אחד מגורמים אלה תורם ארגון מחדש של ג'ל ואת תהליך השיפוץ. לדוגמה, מצאנו הבדלים הניתנים לכימות בשדה המתח של explants משולש עם גבולות קבועים וחופשיים במישור28. טכניקה זו יכולה גם לסייע בניתוח מסלולים מכנוביולוגיים המעורבים בנדידת תאים ושיפוץ רקמות, כמו גם כיצד תהליכים אלה עשויים להיות מווסתים על ידי ביוכימיקלים שונים. נתונים אלה יכולים לשמש גם כתשומות יקרות ערך לפיתוח מודלים חישוביים ולהערכת יכולות החיזוי שלהם29.

כלי חשוב לחקר אינטראקציות מטריצת תאים הוא ג'ל קולגן מאוכלסבתאים 1,2. הג'ל מספק סביבה תלת מימדית הקרובה יותר לאופי ה- in vivo של הרקמה ומתאימה יותר להבנת התנהגות התאים מאשר מוצעת על ידי תרביות דו-ממדיות מסורתיות3. מחקרים מוקדמים שבהם פיברובלסטים הופצו באופן הומוגני בתוך ג'ל קולגן מצאו כי התאים מאחדים במהירות את סיבי הקולגן וקומפקטיים את הג'ל4,5. פיברובלסטים התכווצות בג'לים צפים חינם ואז לעבור למצב רגיעה זמן קצר לאחר הג'ל הגיע במלואו קומפקטית1,6,7. הפיברובלסטים בג'לים המוגבלים בגבולות נשארים במצב פעיל וסינתטי8 והם יוצרים יישור סיבים באופן התלוי בגיאומטריית ג'ל ואילוצים חיצוניים5,9. נראה כי ההבדלים בפעילות התאים הם תוצאה של המתח הפנימי (או היעדרם) המתפתח כאשר התאים מפעילים כוחות גרירה באמצעות אונטגרינים על סיבי הקולגן בג'ל.
גרסה של טכניקה זו כרוכה בהצבת explants fibroblast(כלומר גושים של תאים) מרחק זה מזה בתוך ג'ל קולגן והתבוננות אינטראקציות מטריצת תאים ופיתוח הדרגתי של יישור סיבים בין explants (המכונה לעתים רצועות כמו רצועה)10-12. היתרון העיקרי של מערכת explant הוא שהיא מאפשרת לארגן את התאים לתוך דפוסים גיאומטריים פשוטים, מה שהופך אותו קל יותר לדמיין ולבדוק את המנגנונים הבסיסיים יישור מחדש של סיבים מונחי תאים. דפוסי יישור אלה - התלויים בעיקר בגומלין בין כוחות המתיחה של התא, התפלגות המרחבית של התאים, גיאומטריית הג'ל והאילוצים המכניים על הג'ל - חשובים להבנה משום שהם ממלאים תפקיד מרכזי בארגון הרקמה העולמי, בתפקוד המכני ובסביבה המכנית המקומית13.
בתחום הנדסת רקמות, אסטרטגיה אחת לייצור פונקציונלי מכני, רקמות מהונדסות כרוך בשליטה על דפוס יישור סיבים המתפתחת מדחיסת תאים, כך הרקמה המהונדסת בעל יישור סיבים המחקה את זה של הרקמה המקורית14,15. יישור כזה הוא האמין הכרחי עבור רקמות מהונדסות לשכפל את ההתנהגות המכנית המורכבת של רקמות מקוריות. שינוי באסטרטגיה זו הוא להחליף את ג'ל הקולגן בג'ל פיברין16. ג'ל פיברין מפתח תבנית יישור דומה כמו ג'ל קולגן במהלך דחיסה. עם הזמן הסיברין מתפרק ומוחלף ב- ECM מסונתז לתאים העוקב אחר תבנית יישור סיבי הפיברין הראשונית. המבנה המהונדס וכתוצאה מכך שיפרה באופן משמעותי תכונות מכניות בהשוואה לג'ל קולגן נגזר מבנים17.
תהליך היישור ואירועי השיפוץ הבאים בג'ל פיברין ממשיכים בצורה מורכבת ולא מובנת. כדי לאפיין טוב יותר את האינטראקציות הללו ואת השפעתן על התנהגות התאים ועל שיפוץ ECM, פיתחנו הליך המבוסס על שיטת ההסבר. בשיטה זו, explants fibroblast ממוקמים על ג'ל פיברין בתבניות גיאומטריות שונות. הג'לים מתוחזקים בביוריאקטור18מבוקר על ידי מיקרוסקופ, ותהליך הדחיסה וארגון מחדש של הסיבים מנוטר באמצעות מיקרוסקופיה של הפרעה דיפרנציאלית (DIC). שדות תזוזה מכמתים באמצעות אלגוריתמים מותאמים אישית. לנתונים המתקבלים מניסויים אלה יש השלכות רחבות היקף על מספר תהליכים, כולל אופטימיזציה של אסטרטגיות להנדסת רקמות, שיפור ריפוי פצעים וטיפול בשיפוץ רקמות פתולוגיות.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>F8630</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>T4648</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Gibco</td>
			<td>11965-092</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Gibco</td>
			<td>15140-122</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>A2942</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>H0887</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>223506</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Gibco</td>
			<td>25200-056</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Invitrogen</td>
			<td>3000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Lonza</td>
			<td>DE14-701F</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Molecular Probes</td>
			<td>F8858</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">GIBCO</td>
			<td>A10483-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">GIBCO</td>
			<td>11430-030</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Fisher-Scientific</td>
			<td>SS264-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>A3428-25MG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:297px;">Biotense Bioreactor</td>
			<td style="width:85px;">ADMET</td>
			<td style="width:125px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Ti-Eclipe Microscope</td>
			<td>Nikon</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;"># 0 35 mm Glass Bottom Petri Dish</td>
			<td>MatTek</td>
			<td>P35G-0-20-C</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;"># 0 35 mm Glass Top Petri Dish</td>
			<td>MatTek</td>
			<td>P35GTOP-0-20-C</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Plastic Luer fittings, PVC tubing with Luer ends</td>
			<td>Cole-Parmer</td>
			<td>30600-65</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

observing and quantifying fibroblast-mediated fibrin gel compaction

תאים המוטמעים בקולגן ובג'ל פיברין מחברים ומפעילים כוחות גרירה על סיבי הג'ל. כוחות אלה יכולים להוביל לארגון מחדש מקומי וגלובלי ולארגון מחדש של מבנה הג'ל. תהליך זה ממשיך באופן מורכב התלוי בחלקו בגומלין בין מיקום התאים, הגיאומטריה של הג'ל והאילוצים המכניים על הג'ל. כדי להבין טוב יותר כיצד משתנים אלה מייצרים דפוסי יישור סיבים גלובליים, אנו משתמשים במיקרוסקופיית הפרעות דיפרנציאלית (DIC) במרווחים גיאומטריים בשילוב עם ביוריאקטור מבוקר לסביבה כדי לבחון את תהליך הדחיסה בין אקספלנטים במרווחים גיאומטריים (אשכולות של פיברובלסטים). לאחר מכן התמונות מנותחות באמצעות אלגוריתם עיבוד תמונה מותאם אישית כדי להשיג מפות של המתח. ניתן להשתמש במידע המתקבל מטכניקה זו כדי לחקור את המכנוביולוגיה של אינטראקציות שונות של מטריצת תאים, שיש להן השלכות חשובות להבנת תהליכים בריפוי פצעים, פיתוח מחלות ויישומים הנדסי רקמות.

שיפוץ רקמות הוא תהליך מורכב המונע בחלקו על ידי אינטראקציות פיזיות הדדיות בין התאים לבין המטריצה שמסביב. התאים לארגן מחדש את הסיבים שמסביב וליצור מתח ברשת הסיבים. היישור של סיבים וסביבה מכנית בתורו שולט בהתנהגות התא, כך הן תאים מטריצה ברחבי העולם לארגן מחדש כדי לייצר רקמה משופצת. בניסוי זה, תאי האקספלנטים, בתחילה עגולים במורפולוגיה, החלו להתרחב לתוך הג'ל ולהיצמד לסיבי הסיברין(איור 3). התאים הפעילו כוחות גרירה שהתפשטו דרך הג'ל והושרו על ידי יישור סיבים במקביל לציר שבין האקספלנטים. תוך שעות ספורות נראו ה"רצועות" (איור 3A). מדידות המתח גם הצביעו על כך שהזנים הגדולים ביותר הם רוחביים לציר שבין האקספלנטים(איורים תלת-ממדיים ו-3E). הזנים הם הגבוהים ביותר באזור זה כי הסיבים באזור זה חופשיים לתרגם לכיוון הציר.
פרוטוקול זה מספק מודל פשוט לחקר שיפוץ מטריצה הנגרמת על ידי תאים ואת ההשפעות של יישור סיבים על התנהגות התא. השימוש בדגמי תאים מספק אמצעי לשליטה קלה בהתפלגות המרחבית של אשכולות תאים(כלומר explants). האקספלנטים גם מרכזים כוחות שנוצרו על ידי תאים כך יישור סיבים נוצר במהירות באזור קטן שניתן לדמיין בקלות. תמונות אריחים ברזולוציה גבוהה של האקסלנטים והסביבה משמשות לאחר מכן לכימות ארגון מחדש של מטריצה (איורים 3B ו - 3C) בתגובה לשינויים בתנאי הניסוי.
<img alt="Figure 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50918/50918fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50918/50918fig1.jpg"> איור 1. (א) סכמטי של תצורת הסבר משולש על ג'ל פיברין. (B)סטנסיל Parafilm מודבק לחלק התחתון של יציאת התצוגה bioreactor ניתן להשתמש כדי להנחות את מיקום explant. הביוריאקטורהמורכב ממוקם עלהבמה הממונעת המדויקת להדמיה של זמן לשגות. משאבת מזרק מספקת מדיום מותנה בקצב קבוע. הכף אוספת מדיום זרימה. הוא ממוקם בגובה המתאים כדי למזער את הבדלי הלחץ בביוריאקטור. 
<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50918/50918fig1highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי להציג תמונה גדולה יותר.</a>
<img alt="Figure 2" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50918/50918fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50918/50918fig2.jpg"> איור 2. ממשק משתמש גרפי למעקב אחר זנים. משמאל: רשת נוצרת מעל האזור של תמונת DIC שתנותח. מימין: האלגוריתם, המבוסס על מתאם מרחבי, מוצא את תזוזות הפיקסלים בין תמונות התוצאה של המתאם הגבוה ביותר (כלומר השיא). 
<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50918/50918fig2highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי להציג תמונה גדולה יותר.</a>
<img alt="Figure 3" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50918/50918fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50918/50918fig3.jpg"> איור 3. מיקרוסקופיה בזמן לשגות ומעקב אחר זנים של ארגון מחדש של פיברין בין גישושים. (A)יישור מחדש של סיבים נצפה בין explants על ידי לכידת תמונות אריחים באמצעות מטרה DIC 20X. מסגרות בודדות חולצו מהתמונה באריחים ב- (B) t = 0 שעות ו-( C) t = 24 שעות לניתוח ארגון מחדש של סיבים באזור שבין תערוכות תאים. (D) חלקות מתאר מראות את התפלגות הזן העיקרי המרבי באזור המתאים ל"רצועה ". 
<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50918/50918fig3highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי להציג תמונה גדולה יותר.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Observing and Quantifying Fibroblast-mediated Fibrin Gel Compaction at JoVE.com

Observing and Quantifying Fibroblast-mediated Fibrin Gel Compaction

מיקרוסקופיה וטכניקות לעיבוד תמונה שימשו להתבוננות וניתוח של דחיסת ג'ל בתיווך פיברובלסט וארגון מחדש של סיבי פיברין בביוריאקטור מבוקר לסביבה על פני תקופה של 48 שעות.

התבוננות וכימות דחיסה של ג'ל פיברובלסט בתיווך פיברין

Cells embedded in collagen and fibrin gels attach and exert traction forces on the fibers of the gel. These forces can lead to local and global ...

observing-and-quantifying-fibroblast-mediated-fibrin-gel-compaction

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Bioengineering

5.9K Views.  University of Iowa. מיקרוסקופיה וטכניקות לעיבוד תמונה שימשו להתבוננות וניתוח של דחיסת ג'ל בתיווך פיברובלסט וארגון מחדש של סיבי פיברין בביוריאקטור מבוקר לסביבה על פני תקופה של 48 שעות.

Video: Observing and Quantifying Fibroblast-mediated Fibrin Gel Compaction

Encapsulation of Cardiomyocytes in a Fibrin Hydrogel for Cardiac Tissue Engineering

Culturing cells in a three dimensional hydrogel environment is an important technique for developing constructs for tissue engineering as well as studying cellular responses under various culture conditions in vitro. The three dimensional environment more closely mimics what the cells observe in vivo due to the application of mechanical and chemical stimuli in all dimensions 1. Three-dimensional hydrogels can either be made from synthetic polymers such as PEG-DA 2 and PLGA 3 or a number of naturally occurring proteins such as collagen 4, hyaluronic acid 5 or fibrin 6,7. Hydrogels created from fibrin, a naturally occurring blood clotting protein, can polymerize to form a mesh that is part of the body's natural wound healing processes 8. Fibrin is cell-degradable and potentially autologous 9, making it an ideal temporary scaffold for tissue engineering.
Here we describe in detail the isolation of neonatal cardiomyocytes from three day old rat pups and the preparation of the cells for encapsulation in fibrin hydrogel constructs for tissue engineering. Neonatal myocytes are a common cell source used for in vitro studies in cardiac tissue formation and engineering 4. Fibrin gel is created by mixing fibrinogen with the enzyme thrombin. Thrombin cleaves fibrinopeptides FpA and FpB from fibrinogen, revealing binding sites that interact with other monomers 10. These interactions cause the monomers to self-assemble into fibers that form the hydrogel mesh. Because the timing of this enzymatic reaction can be adjusted by altering the ratio of thrombin to fibrinogen, or the ratio of calcium to thrombin, one can injection mold constructs with a number of different geometries 11,12. Further we can generate alignment of the resulting tissue by how we constrain the gel during culture 13.
After culturing the engineered cardiac tissue constructs for two weeks under static conditions, the cardiac cells have begun to remodel the construct and can generate a contraction force under electrical pacing conditions 6. As part of this protocol, we also describe methods for analyzing the tissue engineered myocardium after the culture period including functional analysis of the active force generated by the cardiac muscle construct upon electrical stimulation, as well as methods for determining final cell viability (Live-Dead assay) and immunohistological staining to examine the expression and morphology of typical proteins important for contraction (Myosin Heavy Chain or MHC) and cellular coupling (Connexin 43 or Cx43) between myocytes.

We describe the isolation of neonatal cardiomyocytes and the preparation of the cells for encapsulation in fibrin hydrogel constructs for tissue engineering. We describe methods for analyzing the tissue engineered myocardium after the culture period including active force generated upon electrical stimulation and cell viability and immunohistological staining.

Encapsulation של cardiomyocytes ב Hydrogel הפיברין עבור הנדסת רקמות לב

Culturing cells in a three dimensional hydrogel environment is an important technique for developing constructs for tissue engineering as well as studying ...

Preparation of 3D Fibrin Scaffolds for Stem Cell Culture Applications

Stem cells are found in naturally occurring 3D microenvironments in vivo, which are often referred to as the stem cell niche 1. Culturing stem cells inside of 3D biomaterial scaffolds provides a way to accurately mimic these microenvironments, providing an advantage over traditional 2D culture methods using polystyrene as well as a method for engineering replacement tissues 2. While 2D tissue culture polystrene has been used for the majority of cell culture experiments, 3D biomaterial scaffolds can more closely replicate the microenvironments found in vivo by enabling more accurate establishment of cell polarity in the environment and possessing biochemical and mechanical properties similar to soft tissue.3 A variety of naturally derived and synthetic biomaterial scaffolds have been investigated as 3D environments for supporting stem cell growth. While synthetic scaffolds can be synthesized to have a greater range of mechanical and chemical properties and often have greater reproducibility, natural biomaterials are often composed of proteins and polysaccharides found in the extracelluar matrix and as a result contain binding sites for cell adhesion and readily support cell culture. Fibrin scaffolds, produced by polymerizing the protein fibrinogen obtained from plasma, have been widely investigated for a variety of tissue engineering applications both in vitro and in vivo 4. Such scaffolds can be modified using a variety of methods to incorporate controlled release systems for delivering therapeutic factors 5. Previous work has shown that such scaffolds can be used to successfully culture embryonic stem cells and this scaffold-based culture system can be used to screen the effects of various growth factors on the differentiation of the stem cells seeded inside 6,7.
 This protocol details the process of polymerizing fibrin scaffolds from fibrinogen solutions using the enzymatic activity of thrombin. The process takes 2 days to complete, including an overnight dialysis step for the fibrinogen solution to remove citrates that inhibit polymerization. These detailed methods rely on fibrinogen concentrations determined to be optimal for embryonic and induced pluripotent stem cell culture. Other groups have further investigated fibrin scaffolds for a wide range of cell types and applications - demonstrating the versatility of this approach 8-12.

This work details the preparation of 3D fibrin scaffolds for culturing and differentiating plutipotent stem cells. Such scaffolds can be used to screen the effects of various biological compounds on stem cell behavior as well as modified to contain drug delivery systems.

הכנת 3D הפיברין פיגומים יישומים סלולריים גזע תרבות

Stem cells are found in naturally occurring 3D microenvironments in vivo, which are often referred to as the stem cell niche 1. Culturing stem cells ...

Engineering Fibrin-based Tissue Constructs from Myofibroblasts and Application of Constraints and Strain to Induce Cell and Collagen Reorganization

Collagen content and organization in developing collagenous tissues can be influenced by local tissue strains and tissue constraint. Tissue engineers aim to use these principles to create tissues with predefined collagen architectures. A full understanding of the exact underlying processes of collagen remodeling to control the final tissue architecture, however, is lacking. In particular, little is known about the (re)orientation of collagen fibers in response to changes in tissue mechanical loading conditions. We developed an in&#160;vitro model system, consisting of biaxially-constrained myofibroblast-seeded fibrin constructs, to further elucidate collagen (re)orientation in response to i) reverting biaxial to uniaxial static loading conditions and ii) cyclic uniaxial loading of the biaxially-constrained constructs before and after a change in loading direction, with use of the Flexcell FX4000T loading device. Time-lapse confocal imaging is used to visualize collagen (re)orientation in a nondestructive manner.
Cell and collagen organization in the constructs can be visualized in real-time, and an internal reference system allows us to relocate cells and collagen structures for time-lapse analysis. Various aspects of the model system can be adjusted, like cell source or use of healthy and diseased cells. Additives can be used to further elucidate mechanisms underlying collagen remodeling, by for example adding MMPs or blocking integrins. Shape and size of the construct can be easily adapted to specific needs, resulting in a highly tunable model system to study cell and collagen (re)organization.

This model system starts from a myofibroblast-populated fibrin gel that can be used to study endogenous collagen (re)organization real-time in a nondestructive manner. The model system is very tunable, as it can be used with different cell sources, medium additives, and can be adapted easily to specific needs.

בונה הנדסת רקמות מבוססת הפיברין מmyofibroblasts ויישום של אילוצים ומתח כדי לגרום לתא וקולגן ארגון (בעניין)

Collagen content and organization in developing collagenous tissues can be influenced by local tissue strains and tissue constraint. Tissue engineers aim ...

Characterization of Leukocyte-platelet Rich Fibrin, A Novel Biomaterial

Autologous platelet concentrates represent promising innovative tools in the field of regenerative medicine and have been extensively used in oral surgery. Unlike platelet rich plasma (PRP) that is a gel or a suspension, Leukocyte-Platelet Rich Fibrin (L-PRF) is a solid 3D fibrin membrane generated chair-side from whole blood containing no anti-coagulant. The membrane has a dense three dimensional fibrin matrix with enriched platelets and abundant growth factors. L-PRF is a popular adjunct in surgeries because of its superior handling characteristics as well as its suturability to the wound bed. The goal of the study is to demonstrate generation as well as provide detailed characterization of relevant properties of L-PRF that underlie its clinical success.

Leucocyte-Platelet Rich Fibrin (L-PRF) represents an FDA cleared preparation of autologous platelet concentrates that possesses unique fibrin architecture, enriched platelets and abundant growth factors. Here, we present a protocol for chair-side generation of L-PRF as well as evaluate its mechanical properties including uniaxial testing and suture retention strength testing.

אפיון של יקוציט-טסיות העשיר הפיברין, רומן ביולוגי

Autologous platelet concentrates represent promising innovative tools in the field of regenerative medicine and have been extensively used in oral ...

Forming Giant-sized Polymersomes Using Gel-assisted Rehydration

Polymer vesicles, or polymersomes, are being widely explored as synthetic analogs of lipid vesicles based on their stability, robustness, barrier properties, chemical versatility and tunable physical characteristics. Typical methods used to prepare giant-sized (&gt; 4 &#181;m) vesicles, however, are both time and labor intensive, yielding low numbers of intact polymersomes. Here, we present for the first time the use of gel-assisted rehydration for the rapid and high-yielding formation of giant (&gt;4 &#181;m) polymer vesicles (polymersomes). Using this method, polymersomes can be formed from a wide array of rehydration solutions including several different physiologically-compatible buffers and full cell culture media, making them readily useful for biomimicry studies. This technique is also capable of reliably producing polymersomes from different polymer compositions with far better yields and much less difficulty than traditional methods. Polymersome size is readily tunable by altering temperature during rehydration or adding membrane fluidizers to the polymer membrane, generating giant-sized polymersomes (&gt;100 &#181;m).

We present a protocol to rapidly form giant polymer vesicles (pGVs). Briefly, polymer solutions are dehydrated on dried agarose films adhered to coverslips. Rehydration of the polymer films results in rapid formation of pGVs. This method greatly advances the preparation of synthetic giant vesicles for direct applications in biomimetic studies.

פורמינג Polymersomes ענק בגודל שימוש Rehydration ג&#39;ל בסיוע

Polymer vesicles, or polymersomes, are being widely explored as synthetic analogs of lipid vesicles based on their stability, robustness, barrier ...

A Novel Technique for Generating and Observing Chemiluminescence in a Biological Setting

Intraoperative imaging techniques have the potential to make surgical interventions safer and more effective; for these reasons, such techniques are quickly moving into the operating room. Here, we present a new approach that utilizes a technique not yet explored for intraoperative imaging: chemiluminescent imaging. This method employs a ruthenium-based chemiluminescent reporter along with a custom-built nebulizing system to produce ex vivo or in vivo images with high signal-to-noise ratios. The ruthenium-based reporter produces light following exposure to an aqueous oxidizing solution and re-reduction within the surrounding tissue. This method has allowed us to detect reporter concentrations as low as 6.9 pmol/cm2. In this work, we present a visual guide to our proof-of-concept in vivo studies involving subdermal and intravenous injections in mice. The results suggest that this technology is a promising candidate for further preclinical research and might ultimately become a useful tool in the operating room.

This protocol describes a new intraoperative imaging technique that uses a ruthenium complex as a source of chemiluminescent light emission, thereby producing high signal-to-noise ratios during in vivo imaging. Intraoperative imaging is an expanding field that could revolutionize the way that surgical procedures are performed.

שיטה חדשנית עבור chemiluminescence יצירה וההתבוננות בסביבה ביולוגית

Intraoperative imaging techniques have the potential to make surgical interventions safer and more effective; for these reasons, such techniques are ...

A Microfluidic Flow Chamber Model for Platelet Transfusion and Hemostasis Measures Platelet Deposition and Fibrin Formation in Real-time

Microfluidic models of hemostasis assess platelet function under conditions of hydrodynamic shear, but in the presence of anticoagulants, this analysis is restricted to platelet deposition only. The intricate relationship between Ca2+-dependent coagulation and platelet function requires careful and controlled recalcification of blood prior to analysis. Our setup uses a Y-shaped mixing channel, which supplies concentrated Ca2+/Mg2+ buffer to flowing blood just prior to perfusion, enabling rapid recalcification without sample stasis. A ten-fold difference in flow velocity between both reservoirs minimizes dilution. The recalcified blood is then perfused in a collagen-coated analysis chamber, and differential labeling permits real-time imaging of both platelet and fibrin deposition using fluorescence video microscopy. The system uses only commercially available tools, increasing the chances of standardization. Reconstitution of thrombocytopenic blood with platelets from banked concentrates furthermore models platelet transfusion, proving its use in this research domain. Exemplary data demonstrated that coagulation onset and fibrin deposition were linearly dependent on the platelet concentration, confirming the relationship between primary and secondary hemostasis in our model. In a timeframe of 16 perfusion min, contact activation did not take place, despite recalcification to normal Ca2+ and Mg2+ levels. When coagulation factor XIIa was inhibited by corn trypsin inhibitor, this time frame was even longer, indicating a considerable dynamic range in which the changes in the procoagulant nature of the platelets can be assessed. Co-immobilization of tissue factor with collagen significantly reduced the time to onset of coagulation, but not its rate. The option to study the tissue factor and/or the contact pathway increases the versatility and utility of the assay.

This paper describes an experimental model of hemostasis that simultaneously measures platelet function and coagulation. Platelet and fibrin fluorescence is measured in real-time, and platelet adhesion rate, coagulation rate, and onset of coagulation are determined. The model is used to determine platelet procoagulant properties under flow in concentrates for transfusion.

מודל לשכת תזרים Microfluidic עבור עירוי טסיות המוסטאסיס מודד הפקדת טסיות והיווצרות הפיברין בזמן אמת

Microfluidic models of hemostasis assess platelet function under conditions of hydrodynamic shear, but in the presence of anticoagulants, this analysis is ...

Quantifying Microorganisms at Low Concentrations Using Digital Holographic Microscopy (DHM)

Accurately detecting and counting sparse bacterial samples has many applications in the food, beverage, and pharmaceutical processing industries, in medical diagnostics, and for life detection by robotic missions to other planets and moons of the solar system. Currently, sparse bacterial samples are counted by culture plating or epifluorescence microscopy. Culture plates require long incubation times (days to weeks), and epifluorescence microscopy requires extensive staining and concentration of the sample. Here, we demonstrate how to use off-axis digital holographic microscopy (DHM) to enumerate bacteria in very dilute cultures (100-104 cells/mL). First, the construction of the custom DHM is discussed, along with detailed instructions on building a low-cost instrument. The principles of holography are discussed, and a statistical model is used to estimate how long videos should be to detect cells, based on the optical performance characteristics of the instrument and the concentration of the bacterial solution (Table 2). Video detection of cells at 105, 104, 103, and 100 cells/mL is demonstrated in real time using un-reconstructed holograms. Reconstruction of amplitude and phase images is demonstrated using an open-source software package.

Quantifying Microorganisms at Low Concentrations Using Digital Holographic Microscopy DHM

Digital holographic microscopy (DHM) is a volumetric technique that allows imaging samples 50-100X thicker than brightfield microscopy at comparable resolution, with focusing performed post-processing. Here DHM is used for identifying, counting, and tracking microorganisms at very low densities and compared with optical density measurements, plate count, and direct count.

לכימות מיקרואורגניזמים בריכוזים נמוכים באמצעות מיקרוסקופ דיגיטלי הולוגרפי (סוג התושבות שלהם. מופיעים)

Accurately detecting and counting sparse bacterial samples has many applications in the food, beverage, and pharmaceutical processing industries, in ...

Gel-seq: A Method for Simultaneous Sequencing Library Preparation of DNA and RNA Using Hydrogel Matrices

The ability to amplify and sequence either DNA or RNA from small starting samples has only been achieved in the last five years. Unfortunately, the standard protocols for generating genomic or transcriptomic libraries are incompatible and researchers must choose whether to sequence DNA or RNA for a particular sample. Gel-seq solves this problem by enabling researchers to simultaneously prepare libraries for both DNA and RNA starting with 100 - 1000 cells using a simple hydrogel device. This paper presents a detailed approach for the fabrication of the device as well as the biological protocol to generate paired libraries. We designed Gel-seq so that it could be easily implemented by other researchers; many genetics labs already have the necessary equipment to reproduce the Gel-seq device fabrication. Our protocol employs commonly-used kits for both whole-transcript amplification (WTA) and library preparation, which are also likely to be familiar to researchers already versed in generating genomic and transcriptomic libraries. Our approach allows researchers to bring to bear the power of both DNA and RNA sequencing on a single sample without splitting and with negligible added cost.

Gel-seq enables researchers to simultaneously prepare libraries for both DNA- and RNA-seq at negligible added cost starting from 100 - 1000 cells using a simple hydrogel device. This paper presents a detailed approach for the fabrication of the device as well as the biological protocol to generate paired libraries.

ג'ל-seq: שיטת הכנת ספריה סימולטני רצף DNA ו- RNA באמצעות מטריצות הידרוג

The ability to amplify and sequence either DNA or RNA from small starting samples has only been achieved in the last five years. Unfortunately, the ...

Quantifying Intermembrane Distances with Serial Image Dilations

A recently-described extracellular nanodomain, termed the perinexus, has been implicated in ephaptic coupling, which is an alternative mechanism for electrical conduction between cardiomyocytes. The current method for quantifying this space by manual segmentation is slow and has low spatial resolution.We developed an algorithm that uses serial image dilations of a binary outline to count the number of pixels between two opposing 2 dimensional edges.This algorithm requires fewer man hours and has a higher spatial resolution than the manual method while preserving the reproducibility of the manual process.In fact, experienced and novice investigators were able to recapitulate the results of a previous study with this new algorithm.The algorithm is limited by the human input needed to manually outline the perinexus and computational power mainly encumbered by a pre-existing pathfinding algorithm.However, the algorithm&#39;s high-throughput capabilities, high spatial resolution and reproducibility make it a versatile and robust measurement tool for use across a variety of applications requiring the measurement of the distance between any 2-dimensional (2D) edges.

The purpose of this algorithm is to continuously measure the distance between two 2-dimensional edges using serial image dilations and pathfinding. This algorithm can be applied to a variety of fields such as cardiac structural biology, vascular biology, and civil engineering.

לכימות מרחקים Intermembrane עם תמונות טורי Dilations

A recently-described extracellular nanodomain, termed the perinexus, has been implicated in ephaptic coupling, which is an alternative mechanism for ...