Name: micropatterning and assembly of 3d microvessels
Uploaded: 2016-09-09T15:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 5 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Micropatterning and Assembly of 3D Microvessels at JoVE.com

המחברים מבקשים להודות לין ומייק גארווי הדמיה מעבדה במכון תאי גזע ורפואה רגנרטיבית וכן מתקן Nanofabrication וושינגטון באוניברסיטת וושינגטון. הם גם מכירים את התמיכה הכספית של המכון הלאומי לבריאות מעניקה DP2DK102258 (כדי YZ), והכשרה מעניקה T32EB001650 (כדי SSK ו MAR) ו T32HL007312 (כדי MAR).

<ol>
	<li>Rubanyi, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+endothelium+in+cardiovascular+homeostasis+and+diseases.">The role of endothelium in cardiovascular homeostasis and diseases.</a> J. Cardiovasc. Pharmacol. 22, 37-44 (1993).</li><li>van Hinsbergh, V. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+endothelium:+vascular+control+of+haemostasis.">The endothelium: vascular control of haemostasis.</a> Eur. J. Obstet. Gynecol. Reprod. Biol. 95 (2), 198-201 (2001).</li><li>Chiu, J. -. J., Chien, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+Disturbed+Flow+on+Vascular+Endothelium:+Pathophysiological+Basis+and+Clinical+Perspectives.">Effects of Disturbed Flow on Vascular Endothelium: Pathophysiological Basis and Clinical Perspectives.</a> Physiol. Rev. 91, 327-387 (2011).</li><li>Qi, Y., Jiang, 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=PDGF-BB+and+TGB-b1+on+cross-talk+between+endothelial+and+smooth+muscle+cells+in+vascular+remodeling+induced+by+low+shear+stress.">PDGF-BB and TGB-b1 on cross-talk between endothelial and smooth muscle cells in vascular remodeling induced by low shear stress.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 108, 1908-1913 (2011).</li><li>Sozzani, S., Del Prete, A., Bonecchi, R., Locati, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemokines+as+effector+and+target+molecules+in+vascular+biology.">Chemokines as effector and target molecules in vascular biology.</a> Cardiovasc. Res. 107 (3), 364-372 (2015).</li><li>Huh, D., Hamilton, G. A., Ingber, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+3D+cell+culture+to+organs-on-chips.">From 3D cell culture to organs-on-chips.</a> Trends Cell Biol. 21 (12), 745-754 (2011).</li><li>Staton, C. a., Reed, M. W. R., Brown, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+critical+analysis+of+current+in+vitro+and+in+vivo+angiogenesis+assays.">A critical analysis of current in vitro and in vivo angiogenesis assays.</a> Int. J. Exp. Pathol. 90, 195-221 (2009).</li><li>Greek, R., Menache, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Systematic+Reviews+of+Animal+Models:+Methodology+versus+Epistemology.">Systematic Reviews of Animal Models: Methodology versus Epistemology.</a> Int. J. Med. Sci. 10, 206-221 (2013).</li><li>van der Worp, H. B., Howells, D. W., 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=Can+Animal+Models+of+Disease+Reliably+Inform+Human+Studies.">Can Animal Models of Disease Reliably Inform Human Studies.</a> PLoS Med. 7 (3), e1000245 (2010).</li><li>Leong, X. -. F., Ng, C. -. Y., Jaarin, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Animal+Models+in+Cardiovascular+Research:+Hypertension+and+Atherosclerosis.">Animal Models in Cardiovascular Research: Hypertension and Atherosclerosis.</a> Biomed Res. Int. 2015, 528757 (2015).</li><li>Pries, A. R., Secomb, T. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Making+Microvascular+Networks+Work:+Angiogenesis,+Remodeling,+and+Pruning.">Making Microvascular Networks Work: Angiogenesis, Remodeling, and Pruning.</a> Physiology. 29, 446-455 (2014).</li><li>D'Amore, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanisms+Of+Angiogenesis.">Mechanisms Of Angiogenesis.</a> Annu. Rev. Physiol. 49, 453-464 (1987).</li><li>Geudens, I., Gerhardt, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coordinating+cell+behaviour+during+blood+vessel+formation.">Coordinating cell behaviour during blood vessel formation.</a> Development. 138, 4569-4583 (2011).</li><li>Ribatti, D., Nico, B., Crivellato, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+development+of+the+vascular+system:+a+historical+overview.">The development of the vascular system: a historical overview.</a> Methods Mol. Biol. 1214, 1-14 (2015).</li><li>Ribatti, D., Nico, B., Crivellato, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Morphological+and+molecular+aspects+of+physiological+vascular+morphogenesis.">Morphological and molecular aspects of physiological vascular morphogenesis.</a> Angiogenesis. 12 (2), 101-111 (2009).</li><li>Bautch, V. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=VEGF-directed+blood+vessel+patterning:+From+cells+to+organism.">VEGF-directed blood vessel patterning: From cells to organism.</a> Cold Spring Harb. Perspect. Med. 2 (9), 1-12 (2012).</li><li>Stratman, A. N., Schwindt, A. E., Malotte, K. M., Davis, G. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Endothelial-derived+PDGF-BB+and+HB-EGF+coordinately+regulate+pericyte+recruitment+during+vasculogenic+tube+assembly+and+stabilization.">Endothelial-derived PDGF-BB and HB-EGF coordinately regulate pericyte recruitment during vasculogenic tube assembly and stabilization.</a> Blood. 116, 4720-4730 (2010).</li><li>Bach, T. L., Barsigian, C., 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=VE-Cadherin+mediates+endothelial+cell+capillary+tube+formation+in+fibrin+and+collagen+gels.">VE-Cadherin mediates endothelial cell capillary tube formation in fibrin and collagen gels.</a> Exp. Cell Res. 238 (238), 324-334 (1998).</li><li>Kubow, K. E., Conrad, S. K., Horwitz, a. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Matrix+microarchitecture+and+myosin+II+determine+adhesion+in+3D+matrices.">Matrix microarchitecture and myosin II determine adhesion in 3D matrices.</a> Curr. Biol. 23 (17), 1607-1619 (2013).</li><li>Potapova, I. A., Gaudette, G. R., 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=Mesenchymal+Stem+Cells+Support+Migration,+Extracellular+Matrix+Invasion,+Proliferation,+and+Survival+of+Endothelial+Cells+In+Vitro.">Mesenchymal Stem Cells Support Migration, Extracellular Matrix Invasion, Proliferation, and Survival of Endothelial Cells In Vitro.</a> Stem Cells. 25 (7), 1761-1768 (2007).</li><li>Bayless, K. J., Davis, G. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sphingosine-1-phosphate+markedly+induces+matrix+metalloproteinase+and+integrin-dependent+human+endothelial+cell+invasion+and+lumen+formation+in+three-dimensional+collagen+and+fibrin+matrices.">Sphingosine-1-phosphate markedly induces matrix metalloproteinase and integrin-dependent human endothelial cell invasion and lumen formation in three-dimensional collagen and fibrin matrices.</a> Biochem. Biophys. Res. Commun. 312 (4), 903-913 (2003).</li><li>Hellstr&#246;m, M., Gerhardt, H., 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=Lack+of+pericytes+leads+to+endothelial+hyperplasia+and+abnormal+vascular+morphogenesis.">Lack of pericytes leads to endothelial hyperplasia and abnormal vascular morphogenesis.</a> J. Cell Biol. 152 (3), 543-553 (2001).</li><li>Tulloch, N. L., Muskheli, V., 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=Growth+of+Engineered+Human+Myocardium+With+Mechanical+Loading+and+Vascular+Coculture.">Growth of Engineered Human Myocardium With Mechanical Loading and Vascular Coculture.</a> Circ. Res. 109, 47-59 (2011).</li><li>Davis, G. E., Saunders, W. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+balance+of+capillary+tube+formation+versus+regression+in+wound+repair:+role+of+matrix+metalloproteinases+and+their+inhibitors.">Molecular balance of capillary tube formation versus regression in wound repair: role of matrix metalloproteinases and their inhibitors.</a> J. Investig. dermatology Symp. 11 (1), 44-56 (2006).</li><li>Kannan, R. Y., Salacinski, H. J., Butler, P. E., Hamilton, G., Seifalian, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+status+of+prosthetic+bypass+grafts:+a+review.">Current status of prosthetic bypass grafts: a review.</a> J. Biomed. Mater. Res. B. Appl. Biomater. 74, 570-581 (2005).</li><li>Nerem, R. M., Seliktar, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vascular+Tissue+Engineering.">Vascular Tissue Engineering.</a> Annu. Rev. Biomed. Eng. 3 (1), 225-243 (2001).</li><li>Melchiorri, A. J., Hibino, N., Fisher, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strategies+and+techniques+to+enhance+the+in+situ+endothelialization+of+small-diameter+biodegradable+polymeric+vascular+grafts.">Strategies and techniques to enhance the in situ endothelialization of small-diameter biodegradable polymeric vascular grafts.</a> Tissue Eng. Part B. Rev. 19 (4), 292-307 (2013).</li><li>Abbott, W. M., Callow, A., Moore, W., Rutherford, R., Veith, F., Weinberg, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+and+performance+standards+for+arterial+prostheses.">Evaluation and performance standards for arterial prostheses.</a> J. Vasc. Surg. 17 (4), 746-756 (1993).</li><li>Niklason, L. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+Arteries+Grown+in+Vitro.">Functional Arteries Grown in Vitro.</a> Science. 284 (5413), 489-493 (1999).</li><li>Niklason, L., Counter, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Blood+vessels+engineered+from+human+cells+-+Authors'+reply.">Blood vessels engineered from human cells - Authors' reply.</a> Lancet. 366 (9489), 892-893 (2005).</li><li>Zheng, Y., Chen, 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=In+vitro+microvessels+for+the+study+of+angiogenesis+and+thrombosis.">In vitro microvessels for the study of angiogenesis and thrombosis.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 109, 9342-9347 (2012).</li><li>Zheng, Y., Chen, J., L&#242;pez, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flow-driven+assembly+of+VWF+fibres+and+webs+in+in+vitro+microvessels.">Flow-driven assembly of VWF fibres and webs in in vitro microvessels.</a> Nat. Commun. 6, 7858 (2015).</li><li>Ligresti, G., Nagao, R. 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=A+Novel+Three-Dimensional+Human+Peritubular+Microvascular+System.">A Novel Three-Dimensional Human Peritubular Microvascular System.</a> J. Am. Soc. Nephrol. 27, (2015).</li><li>Roberts, M. A., Tran, D., 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=Stromal+cells+in+dense+collagen+promote+cardiomyocyte+and+microvascular+patterning+in+engineered+human+heart+tissue.">Stromal cells in dense collagen promote cardiomyocyte and microvascular patterning in engineered human heart tissue.</a> Tissue Eng. Part A. , (2016).</li><li>Qin, D., Xia, Y., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+lithography+for+micro-+and+nanoscale+patterning.">Soft lithography for micro- and nanoscale patterning.</a> Nat. Protoc. 5 (3), 491-502 (2010).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Alpha-Step+200+Manual.">Alpha-Step 200 Manual.</a> Tencor Instruments. , (1989).</li><li>Rajan, N., Habermehl, J., Cot&#233;, M. -. F., Doillon, C. J., Mantovani, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+of+ready-to-use,+storable+and+reconstituted+type+I+collagen+from+rat+tail+tendon+for+tissue+engineering+applications.">Preparation of ready-to-use, storable and reconstituted type I collagen from rat tail tendon for tissue engineering applications.</a> Nat. Protoc. 1 (6), 2753-2758 (2006).</li><li>Baudin, B., Bruneel, A., Bosselut, N., Vaubourdolle, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+protocol+for+isolation+and+culture+of+human+umbilical+vein+endothelial+cells.">A protocol for isolation and culture of human umbilical vein endothelial cells.</a> Nat. Protoc. 2 (3), 481-485 (2007).</li><li>Leung, A. D., Wong, K. H. K., Tien, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasma+expanders+stabilize+human+microvessels+in+microfluidic+scaffolds.">Plasma expanders stabilize human microvessels in microfluidic scaffolds.</a> J. Biomed. Mater. Res. - Part A. 100 (7), 1815-1822 (2012).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tousimis+SAMDRI-780+Critical+Point+Drying+Apparatus.">Tousimis SAMDRI-780 Critical Point Drying Apparatus.</a> Tousimis Research Corporation. , (1987).</li><li>Palpant, N. J., Pabon, L., 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=Inhibition+of+&#946;-catenin+signaling+respecifies+anterior-like+endothelium+into+beating+human+cardiomyocytes.">Inhibition of &#946;-catenin signaling respecifies anterior-like endothelium into beating human cardiomyocytes.</a> Development. 142 (18), 3198-3209 (2015).</li><li>Gimbrone, M. a., Topper, J. N., Nagel, T., Anderson, K. R., Garcia-Cardena, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Endothelial+Dysfunction,+Hemodynamic+Forces,+and+Atherogenesis.">Endothelial Dysfunction, Hemodynamic Forces, and Atherogenesis.</a> Thromb. Haemost. 82, 722-726 (1999).</li><li>Wu, M. H., Ustinova, E., Granger, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrin+binding+to+fibronectin+and+vitronectin+maintains+the+barrier+function+of+isolated+porcine+coronary+venules.">Integrin binding to fibronectin and vitronectin maintains the barrier function of isolated porcine coronary venules.</a> J. Physiol. 532 (3), 785-791 (2001).</li><li>Ribatti, D., Nico, B., Vacca, A., Roncali, L., Dammacco, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Endothelial+cell+heterogeneity+and+organ+specificity.">Endothelial cell heterogeneity and organ specificity.</a> J. Hematother. Stem Cell Res. 11, 81-90 (2002).</li><li>Shanks, N., Greek, R., Greek, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Are+animal+models+predictive+for+humans.">Are animal models predictive for humans.</a> Philos. Ethics. Humanit. Med. 4, 2 (2009).</li></ol>

החוקרים אין לי מה לחשוף.

Microvessels המהונדס מהווה מודל במבחנה שבה מאפיינים פיסיולוגיים כגון גיאומטריה לומינל, כוחות הידרודינמית, ואינטראקציות רבות תאיות קיימים מתכונן. סוג של פלטפורמה זו היא בעלת עוצמה בכך שהיא מציעה את היכולת לבנות מודל ללמוד את ההתנהגות אנדותל במגוון הקשרים בהם התנאים תרבות חוץ גופית ניתן להתאים לזה של המיקרו-סביבה המדובר. לדוגמה, מנגנוני נהיגה תהליכים אנדותל, כגון אנגיוגנזה, ידועים להתרחש באופן שונה באיברים שונים וב מצבים פתולוגיים שונים, כגון בריאות ומחלה 44. מסיבה זו, תרבית תאי מישוריים האנדותל היא עקבי לקוי 6 ו כשדה כגון הסתמך במידה רבה על מודלים של בעלי חיים רב יקרים וזמן. במודלים של בעלי חיים, תוך אינפורמטיבי חיוני בהתקדמות המחקר הביולוגי, לא תמיד לתרגם גם למרפאה.זו יוחסה בעיקר להבדלים בין murine וביולוגיה אנושית, במיוחד לגבי תגובתם לגירויים 9,45. לכן זה חיוני כדי להיות מסוגל לבנות במודלים חוץ גופית שיכולים לספק נתונים על בני אדם ספציפיים נוספים כדי להשלים מידע שלוקטו במודלים של בעלי חיים. במבחנה פלטפורמות יש פוטנציאל לחקות את המיקרו-סביבה של ריבית עם קיבולת נוספת לכוון סביבה. מאפיינים מרכזיים של מערכת כזו צריכים לכלול מבנה התל ממדים וגיאומטריה, רכב תאי מטריקס (ECM), קרבת תא parenchymal ואינטראקציה, זרימת דם, וגירויים ביוכימיים. יש microvessels מהונדס את היכולת לשלב את כל הפרמטרים הללו. ניתן לעשות זאת בעת ובעונה אחת כדי ליצור מודל ומקיף, או להוסיף באופן צעד חכם לבודד תגובות ואינטראקציות פרט. היבט חזק של microvessels המהונדס הוא היכולתזרימה מלאה לתפעל את הכוחות הידרודינמית המופעל על האנדותל. כדוגמא, המכשיר יכול להיות מתורבת בתנאי זרימת מונע הכביד או עם זלוף הרציף (איור 2). סדר הגודל של לחץ הגזירה על קיר הכלי יכול להיות מווסת בשני התנאים באמצעות שינויים בקצב זרימה ואת גיאומטרית הכלי. ההבדל העיקרי בין שני התנאים הוא החלוקה הזמנית של מאמץ גזירה בתוך הכלי. בתנאי זרימת מונע הכביד, מאמץ הגזירה אינו קבוע לאורך זמן. קצב הזרימה ואת לחץ גזירה הם גבוהים ביותר מייד לאחר שינוי תקשורת כאשר מאגר הכניסה מלא. ככל מנקז התקשורת, מאמץ הגזירה יקטן. זה מוביל מגוון של מאמץ גזירה במשך 12 שעות. ניסויים הדורשים שליטה מדויקת את המאפיינים הידרודינמית (למשל, כדי לחקור את ההשפעות של לחץ גזירה על האנדותל) צריכים להשתמש תנאי תרבות זרימה רציפים. Emicrovessels ngineered יכול להיות מכוון לענות על מגוון רחב של שאלות עם שינויים קלים יחסית. סוגי תאים שונים, הן parenchymal ו האנדותל, יכולים לשמש מודל מערכות איברים שונים. בנוסף בודה microvessels עם זריעת תא האנדותל, תאי אפיתל יכול במקום לשמש לריפוד הערוץ עבור מחקרים הנוגעים לרירית המעי, alveoli ריאות, אבובית הכליה, וכו &#39;. לאחר microenvironment מוגדר על ידי רכב תא, הפתרון התזונתי (כלומר, תקשורת, דם, גורמי גדילה, או ביולוגי אחר נוזל רלוונטי) המשמש perfuse המכשיר יכול להיות שונה כדי לענות על שאלות מורכבות על איתות תא, קפאון, מאמץ גזירה חומרים מזינים,, תגובה לתרופה, ועוד. יתר על כן, את הגיאומטריה של הכלי ניתן שתוכננה במיוחד כדי לחקור בתגובת אנדותל גזירת מתח tortuosity. כדוגמה, הפרסום האחרון מ נג et. al. הראה שיש לתאי אנדותל ועלייההפרשת ed VWF והרכבת סיבים באזורי microvessel עם לחץ גזירה גבוה ואצת זרימה. באופן ספציפי, VWF חבילות נוצר בדרך כלל בפינות פניות חדות בתוך הרשת. גיאומטרית הרשת יכולה גם להיות מתוכננת לפברק tubules רב תאי. לדוגמא, עיצוב המכיל שני ערוצים מקבילים אחד עם הכניסה והיציאה שלהם יכול לשמש כדי ליצור מפל ריכוזים או מודל בסביבת אבובית סמוכה (למשל, כלי הלימפה עם microvessel הסמוך). המבנים לרשת כמו של עיצובי רשת נוכחיים (שמוצגים באיור 1 א-ג) הם יתרון עבור מודלים נוזלים חישובית עבור שלמות מבנית במהלך ייצור, אך הם אינם מעידים על מבנה כלי דם בגוף. במחקרים עתידיים, דפוסי רשת פיסיולוגיים יותר כגון אלה עם הסתעפויות היררכיות ופינות מעוגלות אמורים לשמש. בעוד כל השלבים המתוארים בהליך זה חשוב, שםמספר צעדים קריטיים הנדרשים עבור ייצור microvessel מהונדס מוצלח. ג&#39;ל קולגן חייב להיות מעורב באופן יסודי כדי להשיג פתרון הומוגני, והוא חיוני לא להכניס בועות במהלך שלב זה. זה חיוני עבור כדאיות התא ותפקוד פיזיולוגי, במיוחד עבור ניסויים הכוללים תאים parenchymal במטריצה ​​קולגן. אם תערובת אחידה של קולגן הוא קשה להשיג, לבדוק את ה- pH של התמיסה כדי להבטיח שהוא נייטרלי. אם הבעיה נמשכת, אפשר את מניית קולגן צריכה להיות מוחלפת. עוד צעד קריטי הוא ההרכבה של חתיכות הדיור העליונות ותחתונות - זה הכרחי לא להשתמש בכוח מופרז כמו זה יכול לגרום הערוצים להתמוטט. סיבובים בפועל כמה עשוי להיות נחוץ כדי להשיג תחושה של כמות הכוח הנדרשת ליישום תוך כדי סיבוב הברגים. אם התמוטטות או ניפוץ הערוץ ממשיך להתרחש גם אחרי האימון, זה אפשרי ברשת PDMS הפכה מעוותת בשל absorptיון של לחות. החל תבניות טריות PDMS יעזור לפתור את הבעיה הזו. חורי הליכים אינם נאות במכשיר התחתון גם יכולים לגרום לקריסת ערוץ. אם את הברגים אינם מסוגלים לסובב בצורה חלקה בזמן ההרכבה, כוח נוסף חייב להיות מיושם לעתים קרובות וכתוצאה מכך כשל מבנים. השלב הקריטי האחרון יודגש הוא החשיבות של האכלה תכופה, בדרך כלל כל 12 שעות. זה חיוני לשמירה על האנדותל ומניעת המכשיר מהתייבשות. בכל מקרה שבו זורעים לתאי אנדותל להופיע בריא או לנתק מהקיר קולגן, דרכים אפשריות לשיפור הבריאות האנדותל הם להאכיל את כלי לעתים קרובות יותר, השתמש משאבת מזרק כדי להחיל זרימה רציפה, או לבדוק את ה- pH של ג&#39;ל קולגן כדי להבטיח שהוא היא ברמה פיזיולוגית. נכון לעכשיו, פלטפורמה זו מוגבלת ייצור עם תאי מטריקס של קשיחות המתאימה כדי לשמור על שלמות מבנית של הערוץ במהלך עצרת. שיתוף צפוףllagen בבית או יותר מ -6 מ&quot;ג / מ&quot;ל ​​מספיקה, אך קולגן פחות מ 6 מ&quot;ג / מ&quot;ל ​​ומטריצות אחרים כגון מטריקס decellularized מאיברים כולו חלשים מדי. זו ניתן להתגבר באמצעות תערובת של קולגן עם מטריקס מדובר. microvessels המהונדס מוגבל גם על ידי הגודל בקנה המידה שלהם. כלי יכול להיות מפוברק על גבול תחתון של כ -100 מיקרומטר, אך שינויים משמעותיים היו צריכים להיות מיושמים כדי להשיג בקנה מידה קטנה יותר. למרות microvessels מהונדסים ליצור שלושה לומן ממדי, הרשת עצמה היא מישוריים. כדי ליצור מקלעת כלי דם תלת ממדים באמת, שינויים נוספים היו צריכים להיות מיושמים כגון יצירת רשת רבה שכבתי ידי ערמת כלי מהונדסים מרובים. תוצאות נציג המוצגים שיטה זו להדגים כיצד microvessels מהונדסים יכולים לשמש כדי להעריך תפקוד המחסום, איתות תאים תאים (גיוס pericyte וייצוב וסקולרית), אנגיוגנזה, פקקת. מוארghts המחקרים הללו מוצגים כאן עם הצגה מפורטת יותר בפרסומים קודמים 31,32. מחקרים אלו מראים כיצד pericytes להעביר ומעיל האנדותל של microvessels מהונדסים 31, טסיות לדבוק האנדותל מופעל 31, ומתח גזירה נוזל מודולציה ההפעלה האנדותל הפרשת VWF והרכבה 32. Microvessels המהונדס ניתן להשתמש כדי להמשיך לבנות רקמות כלי דם ומערכות איבר ספציפי מודל, כגון כליות 33 או בלב 34. היכולת לשכפל אלה אינטראקציות הפיזיולוגיות דם האנדותל ולכוון את המיקרו-הסביבה ביחס מאמץ הגזירה, גיאומטריה, ECM, ורכב הסלולר יאפשר מחקרים עתידיים של מחלות לב וכלי דם.

על נימי הדם הזעירים בכל איבר עוזר להגדיר את microenvironment רקמות, לשמור על הומאוסטזיס רקמות לווסת דלקת, חדירות, פקקת, ו פירוק פיברין 1,2. האנדותל כלי הדם, בפרט, הוא ממשק בין זרימת הדם ואת הרקמה שמסביב ועל כן היא משחקת תפקיד קריטי בויסות וסקולרית ותפקוד איברים בתגובה לגירויים כגון כוחות הידרודינמית במחזור ציטוקינים והורמונים 3 - 5. הבנת יחסי הגומלין המפורט בין האנדותל, הדם, ואת המיקרו-סביבת הרקמה הסובבת חשובה לחקר ביולוגיה של כלי דם ואת התקדמות מחלה. עם זאת, התקדמות בחקר אינטראקציות אלה התעכבה בשל מוגבלות כלים במבחנה שאינו לשחזר במבנה כלי דם vivo ולתפקד 6,7. כתוצאה מכך, השדה והקידום טיפולי הסתמכו בכבדות על יקר הזמן-רב במודלים של בעלי חיים כי לעיתים קרובות אינם מצליחים לתרגם להצלחה בבני אדם 8 - 10. בעוד מודלים in vivo הם לא יסולא בפז בחקר מנגנוני המחלה ופונקציות וסקולרית, הם מורכבים ולעיתים קרובות חסרי שליטה מדויקת של הסלולר, ביוכימיים הפרט, רמזים biophysical. כלי דם בכל הגוף הוא בעל מבנה היררכי בוגר בשיתוף עם מיטות נימי מרחיבה, מתן זלוף אופטימיזציה תחבורה מזין 11 בו זמנית. בתחילה, טפסים בכלי דם כמו מקלעת פרימיטיבית אשר מארגנת מחדש לרשת מסועפת באופן היררכי במהלך ההתפתחות מוקדמת 12,13. למרות שרבים מן האותות מעורבים בתהליכים אלה מובנים היטב 14 - 16, הוא נשאר חמקמק איך כגון דפוסים של כלי דם נקבעו 15. בתורו, משחזר את התהליך הזה במבחנה להנדס רשתות כלי דם מאורגנות יש דבוריםn קשה. פלטפורמות רבות הקיימות במבחנת מודל בכלי דם, כגון שתי תרבויות תא האנדותל ממדיות, חסרות מאפיינים חשובים כגון קרבה רבה תאית, שלוש גיאומטריה לומינל ממדי, זרימה, ואת מטריקס. מבחני היווצרות צינור ב הידרוג 3D (קולגן או הפיברין) 17 - 19 או הפלישה מבחני 20,21 שימשו ללמוד את תפקוד האנדותל ב -3 D ויחסי הגומלין שלהם עם 17,22 או תא רקמה וסקולרית אחרים סוגי 23. עם זאת, התאסף לומן מבחנים אלה חסרים גומלין, זרימת המודינמי, ו זלוף המתאים. יתר על כן, הנטייה לרגרסיה וסקולרית מבחני היווצרות צינור אלה 24 מונעת תרבות לטווח ארוכה והתבגרות המגבילה את מידת מחקרים פונקציונליים שניתן לבצע. לפיכך, יש צורך המתפתח להנדס במבחנת פלטפורמות של רשתות כלי דם שיכול מודל כראוי endothelial מאפיינים ומסוגלים התרבות לטווח ארוך. מגוון של טכניקות הנדסה וסקולרית צמח במשך השנים ליישומים רפואיים להחליף או כלי מושפע מעקפים בחולים עם מחלת כלי דם. כלי בקוטר גדול מחומרים סינתטיים כגון terephthalate פוליאתילן (PET), ו polytetrafluoroethylene (ePTFE) נחלו הצלחה טיפולית ניכר עם patency לטווח ארוך (patency 95% בממוצע על פני 5 שנים) 25. למרות שתלי סינתטי קטן בקוטר (&lt;6 מ&quot;מ) בדרך כלל להתמודד עם סיבוכים כגון היפרפלזיה intimal ואת thrombopoiesis 26 - 28, רקמות מהונדסות שתלי בקוטר קטן עשה עם חומר ביולוגי יש התקדמות משמעותית 29,30. למרות התקדמות מסוג זה, כלי מהונדסים על microscale נותרו אתגר. כדי לעצב את microvasculature כראוי, יש צורך ליצור דפוסי רשת מורכבים עם הסוףחוזק מכני ficient כדי לשמור patency ועם רכב מטריקס המאפשר כאחד חלחול מזין עבור תאי parenchymal שיפוץ הסלולר. פרוטוקול זה מציג רשת כלי perfusable מלאכותית רומן מחקה יליד in vivo הגדרה עם microenvironment מתכונן לשליטה 31 - 34. השיטה המתוארת יוצרת microvessels Engineered בקטרים ​​בסדר גודל של 100 מיקרומטר. microvessels המהונדס מיוצר על ידי מרוסס תאי אנדותל דרך ערוץ microfluidic שמוטבע בתוך הסוג רך אני קולגן הידרוג&#39;ל. מערכת זו יש את היכולת ליצור רשתות בדוגמת עם מבנה לומינל פתוח, לשכפל אינטראקציות רבות תאיות, לווסת רכב תאי מטריקס, ולהחיל כוחות המודינמי רלוונטיים מבחינה פיזיולוגית.

<table><tbody><tr><td>&lt;strong&gt;Wafer Fabrication&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>AutoGlow Plasma System</td><td>AutoGlow</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Headway Spin Coater</td><td>Headway Research, Inc&amp;nbsp;</td><td>PWM32 Spin Coater&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>ABM Contact Aligner</td><td>AB-M</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Alpha Step Profilometer</td><td>Tencor</td><td>Alpha Step 200</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 Developer</td><td>Microchem</td><td>Y020100</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 Resist</td><td>Microchem</td><td>SU-8 2000</td><td></td></tr><tr><td>8&quot; silicon wafer</td><td>Wafer World Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tabletop Micro Pattern Generator</td><td>Heidelberg Instruments</td><td>&amp;mu;PG 101</td><td>For generation of photomask</td></tr><tr><td>Hot plate</td><td>VWR</td><td>97042-646</td><td></td></tr><tr><td>Ispropyl alcohol</td><td>Avantor Performance Materials</td><td>9088</td><td></td></tr><tr><td>Petri dishes (120 x 120 mm, square)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Z617679</td><td></td></tr><tr><td>Trichloro(3,3,3-trifluoropropyl)silane</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>MKBG3805V</td><td></td></tr><tr><td>Polydimethylsiloxane (PDMS) elastomer base and curing agent</td><td>Dow Corning</td><td>Sylgard 184</td><td>Mixed at 10:1 (w/w)</td></tr><tr><td>Vacuum desiccator</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Z119024-1EA</td><td></td></tr><tr><td>Oven</td><td>VWR</td><td>9120976</td><td></td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Device Fabrication and Culture&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>poly(methyl methacrylate) (PMMA)</td><td>Plexiglas</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Corona Treater</td><td>Electro-Technic Products, Inc.</td><td>BD-20</td><td>Handheld device for plasma treatment of PMMA devices and PDMS molds</td></tr><tr><td>Soldering Iron</td><td>Weller&amp;nbsp;</td><td>WTCPS</td><td></td></tr><tr><td>Stainless Steel Truss Head Slotted Machine Screw</td><td>McMaster-Carr&amp;nbsp;</td><td>91785A096</td><td></td></tr><tr><td>Stainless steel dowel pins</td><td>McMaster-Carr&amp;nbsp;</td><td>93600A060</td><td></td></tr><tr><td>Tweezers&amp;nbsp;</td><td>Miltex</td><td>24-572</td><td>Any similar tweezers may be used</td></tr><tr><td>Spatula (Micro Spoon)</td><td>Electron Microscopy Services</td><td>62410-01</td><td></td></tr><tr><td>Screw driver</td><td></td><td></td><td>Any flat head screwdriver may be used, autoclaved</td></tr><tr><td>Glass coverslips (22 x 22 mm)</td><td>Fisher Scientific</td><td>12-542B</td><td></td></tr><tr><td>Bleach</td><td>Clorox</td><td>4460030966</td><td></td></tr><tr><td>Petri dishes (150 x 25 mm)</td><td>Corning</td><td>430599</td><td></td></tr><tr><td>Petri dishes (100 x 20 mm)</td><td>Corning</td><td>2909</td><td></td></tr><tr><td>Cotton, cut into 1 cm x 3 cm pieces</td><td></td><td></td><td>Autoclaved</td></tr><tr><td>Polyethyleneimine (PEI)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P3143</td><td>Dilute to 1% in cell culture grade water</td></tr><tr><td>Glutaraldehyde</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G6257</td><td>Dilute to 0.1% in cell culture grade water</td></tr><tr><td>Sterile H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O</td><td></td><td></td><td>Autoclaved DI H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O</td></tr><tr><td>Type I collagen, dissolved in 0.1% acetic acid</td><td></td><td></td><td>Isolated from rat tails as described in Rajan &lt;i&gt;et. al.&lt;/i&gt; 2006 (ref #37)</td></tr><tr><td>1 ml syringe</td><td>BD</td><td>309659</td><td></td></tr><tr><td>10 ml syringe</td><td>BD</td><td>309604</td><td></td></tr><tr><td>15 ml conical tubes</td><td>Corning</td><td>352097</td><td></td></tr><tr><td>30 ml conical tubes</td><td>Corning</td><td>352098</td><td></td></tr><tr><td>M199 10x Media&amp;nbsp;</td><td>Life Technologies</td><td>11825-015</td><td></td></tr><tr><td>1 N NaOH (sterile)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>415413</td><td>Dilute to 1 N in cell culture grade water</td></tr><tr><td>HUVECs</td><td>Lonza</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Endothelial growth media</td><td>Lonza</td><td>CC-3124</td><td></td></tr><tr><td>Trypsin</td><td>Corning</td><td>25-052-CI</td><td></td></tr><tr><td>Fetal bovine serum (FBS)</td><td>Thermofisher Scientific</td><td>10082147</td><td></td></tr><tr><td>Dextran from Leuconostoc spp. (70&amp;nbsp;kDa)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>31390</td><td></td></tr><tr><td>Phosphate Buffered Saline (PBS)</td><td>Corning</td><td>21-031-CV</td><td></td></tr><tr><td>Hemocytometer</td><td>Hausser Scientific Co.</td><td>3200</td><td></td></tr><tr><td>Gel loading tips</td><td>VWR</td><td>37001-152</td><td></td></tr><tr><td>18 G Blunt Fill Needle</td><td>BD&amp;nbsp;</td><td>305180</td><td></td></tr><tr><td>20 G Stainless Steel Dispensing Needle</td><td>McMaster-Carr</td><td>75165A123</td><td></td></tr><tr><td>Tygon 1/32&amp;rdquo; ID, 3/32&quot; OD Silicon Tubing</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-95702-00</td><td></td></tr><tr><td>1/16&quot; Tube-to-tube Coupling</td><td>McMaster-Carr</td><td>5116K165</td><td></td></tr><tr><td>90&amp;deg; Elbow Connectors, Tube-to-Tube</td><td>McMaster-Carr</td><td>5121K901</td><td></td></tr><tr><td>Luer Lock Coupling (Female, 1/16&quot; ID)</td><td>McMaster-Carr</td><td>51525K211</td><td></td></tr><tr><td>Plastic Forceps, with Jaw Grips</td><td>Electron Microscopy Services</td><td>72971</td><td></td></tr><tr><td>Dual Syringe Pump</td><td>Harvard Apparatus</td><td>70-4505</td><td></td></tr><tr><td>5 ml Polystyrene Round-bottom tube</td><td>Fisher Scientific</td><td>14-959-2A</td><td></td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Device Analysis&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Formaldehyde</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>F8775</td><td></td></tr><tr><td>Bovine Serum Albumin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A8806-5G</td><td></td></tr><tr><td>Triton X-100</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>T-9284</td><td></td></tr><tr><td>Rabbit anti-hCD31</td><td>Abcam</td><td>ab32457</td><td>1:25 working dilution</td></tr><tr><td>FITC conjugated anti-von Willebrand Factor antibody</td><td>Abcam</td><td>ab8822</td><td>1:100 working dilution</td></tr><tr><td>Goat anti-rabbit 568 secondary antibody</td><td>Thermofisher Scientific</td><td>A-11011</td><td>1:100 working dilution</td></tr><tr><td>Hoescht</td><td>Thermofisher Scientific</td><td>H1399</td><td>Resuspended in DMSO</td></tr><tr><td>Sodium cacodylate&amp;nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>C0250</td><td>To make 0.2 M cacodylate buffer</td></tr><tr><td>Ethanol</td><td>VWR International</td><td>BDH1164-4LP</td><td></td></tr><tr><td>40 kDa FITC-conjugated Dextran</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>FD40S&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Additional Culture Reagents&amp;nbsp;&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>CHIR-99021</td><td>Selleck Chem</td><td>S2924</td><td>Small molecule GSK-3 inhibitor</td></tr><tr><td>Human recombinant VEGF</td><td>Peprotech</td><td>100-20</td><td></td></tr><tr><td>Human recombinant bFGF</td><td>Peprotech</td><td>AF-100-18B</td><td></td></tr></tbody></table>

micropatterning and assembly of 3d microvessels

בשנת פלטפורמות במבחנה ללמוד בתאי האנדותל וביולוגיה וסקולרית מוגבלים במידה רבה לתרבות תא האנדותל 2D, לזרום תאים עם פולימר או מצעים מלוחים וזכוכית, מבחני היווצרות צינור מבוסס הידרוג&#39;ל. מבחנים אלו, תוך אינפורמטיבי, לא לשחזר גיאומטרית לומן, מטריקס ראויה, קרבה רבה תאית, אשר ממלאת תפקידים מרכזיים ויסות תפקוד כלי דם. כתב יד זה מתאר שיטת הזרקה לייצר כלי Engineered בקטרים ​​בסדר גודל של 100 מיקרומטר. Microvessels מיוצרים על ידי זריעת לתאי אנדותל ערוץ microfluidic מוטבע בתוך סוג יליד שאני קולגן הידרוג&#39;ל. על ידי שילוב תאי parenchymal בתוך המטריצה ​​קולגן לפני לתעל היווצרות, microenvironments רקמות הספציפי יכול להיות מודל ולומד. מודולציות נוסף של הרכב נכסים ומדיה הידרודינמית לאפשר בקרה של תפקוד כלי הדם מורכב במיקרו-סביבה של הרצוי.פלטפורמה זו מאפשרת לחקר גיוס תא perivascular, אינטראקציות האנדותל דם, תגובת זרימה, ואינטראקציות-כלי דם לרקמות. microvessels המהונדס מציע את היכולת לבודד את השפעת מרכיבים בודדים של נישת כלי דם ולשלוט הכימיים שלה בדיוק, מכאניות, ואת תכונות ביולוגיות ללמוד ביולוגיה וסקולרית בשתי בריאות ומחלות.

פלטפורמת הכלים המהונדסת יוצרת microvasculature הפונקציונלי מוטבע בתוך סוג קולגן טבעי שאני מטריקס ומאפשרת שליטה צפופה של הקהילה הסלולר, biophysical ו ביוכימיים במבחנה. כדי לפברק microvessels מהונדסים, תאי אנדותל וריד אדם הטבור (HUVECs) הם perfused דרך הרשת microfluidic-מוטבע קולגן איפה שהם מייחסים יוצרים לומן פטנט ו האנדותל ומחוברות. כמו באיור 1 א-ג, גיאומטרית הכלי ניתן שתוכננה במיוחד כדי לענות על שאלות לגבי קצב זרימה, tortuosity, הסתעפות זוויות, בין יתר. ויסות קצב הזרימה דרך microvessels מספק תובנה על מתח בתגובה גזירה של תאי האנדותל. בעבר, ההתמקדות ייצור התאפיין ברובו על כלי בטווח 100 מיקרומטר בגודל, לעומת זאת microvessels עד 500 מיקרומטר או, במקרים מסוימים, קטן ככל 50 מיקרומטר בקוטר היו successfully עשה ותרבותי. דוגמאות patency לטווח ארוכה מוצגות כמו גם את ההישרדות של microvessels המתורבת תחת זרם מונע הכבידה (איור 2 א) ותזרים שימושי רציף (איור 2 ב). תפקידיו של מוסד vivo הנכסים-כמו של microvessels המהונדס ניתן להדגים בכמה דרכים. ניתן למדוד פונקציות אנדותל שונות באמצעות פלטפורמה זו, כולל תפקוד מחסום (איור 3 א), תאי תאי אינטראקציות, אזעקה (איור 3 ב), שיפוץ angiogenic (איור 3 ג). תכונה קריטית של microvessels אלה היא היכולת שלהם להגיב לגירויים דלקתיים באופן ביולוגי רלוונטי. זו באה לידי ביטוי בצורה הטובה ביותר באמצעות האינטראקציה שלהם עם כל הדם באיור 4 א-C שבו האנדותל הלא פעיל הוא שקט (איור 4B) ו האנדותל הופעל גורם היווצרות פקיק (איור 4C). על ידי culturing לתאי אנדותל של differing מקורותיה בתוך פלטפורמה זו, אפשר להבין את ההטרוגניות התפקודית בין תאי האנדותל ממקורות שונים. איור 5 א-ג ממחיש דוגמא ההטרוגניות הזאת עם שני גזע אנושי שונים סוגי תאי אנדותל תאים שמקורם שכאשר בתרבית תצוגת מערכת microvessel פנוטיפים שונים באופן דרסטי 41. על ידי כוונון פרופילי זרימה, רכב תא, ותנאי תרבות, microvessels המהונדס לספק עצמת כלי במבחנה ללמוד ביולוגית האנדותל microvasculature בשתי בריאות ומחלות. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/54457/54457fig1.jpg" /> איור 1. סכמטי של רשת עיצובי microchannel ייצור פרוטוקול. גיאומטרית רשת כלי הדם ניתן שתוכנן במיוחד כדי ליצור תבניות זרימה שונות. א לדוגמה, עיצוב קנים יהיה נמוך יותר flשיעורי ow בסמוך למרכז (הפחתה של פי 8 ברשת 3 על 3) גורם להיווצרות אזורים של מתח גזירה שונה ומגוונת על האנדותל בתוך אותה ספינה 31. ב. רשת מסועפת מאוד כדלקמן אותו העיקרון כמו העיצוב הקודם אבל עם מקלעת גדולה. עם עיצוב זה, את ההשפעות של ירידה של 50 קפל קצב זרימה, וכתוצאה מכך לירידה בשיעור גזירת 10-500 שניות -1 ניתן להבחין כאשר נפילת לחץ של 1,000 אבא מוחלת על פני הרשת 32. ג עיצובים מורכבים יותר כגון רשת ומפותלת עם פינות חדות 32 יכולים לשמש כדי לענות על שאלות לגבי תגובה האנדותל הפרעות הזרימה למינרית, אשר לעתים קרובות להתרחש בהקשרים פתולוגי 42. Microvessels עשה מדפוסים אלה יהיה בקוטר של 100 -. 150 מיקרומטר D. ישנם שלושה שלבים עיקריים במהלך ייצור microchannel. ראשית, בחלק העליון של לנענע דיור מושם על גבי PDMS בדוגמת עובש רשת כזו כי הכניסה והיציאה מיושרות. קולגן אני מוזרק אז אל תוך החלל הסגור דרך יציאות הזרקה (חץ שחור). בדרך כלל, תערובת ואני קולגן 0.75% משמשת לצורך הייצור. ניתן להשיג ייצור microvessel מוצלח עם נמוך כמו קולגן 0.6%, אולם פחות מ -0.6% תוצאות בדרך כלל חוזק מכאני מספיק וקריסת ערוץ. E. שכבה דקה של קולגן מתווספת החתיכה התחתונה על גבי coverslip, ושטח עם עוד חתיכת PDMS. פ לאחר gelation ב 37 מעלות צלזיוס, PDMS תבניות יוסרו כושונים הדיור העליונים ותחתונים הם דפוקים יחד כדי לתחום את הרשת. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54457/54457fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/54457/54457fig2.jpg" /> <strong<html> &gt; איור 2. microvessels תרבותי עם פרופילי זרימה מבוקרים. א HUVECs זרע microvessels מתורבת תחת זרם הכבידה מונע ו- B. להחיל זרימה רציפה בשיעור של 3 μl / min. תרבות תחת זרם להחיל מושגת בצורה הטובה ביותר עם ​​תוספת של 3.5% Dextran לתקשורת אשר הוכח לייצב microvessels microfluidic מבוססי קולגן באמצעות הפעלת לחצים פיזיים בתוך לומן המשפרים היווצרות צומת, למרות שהמנגנון המדויק נהיגה בתוקף לכך אינה חד משמעית 39 . Microvessels הוכתמו עבור CD31 חלבון צומת האנדותל או מקבץ של בידול 31 (אדום) גורם פון Willebrand (VWF) גרגירים (ירוק). א &#39;, ב&#39;. בשני התחומים, HUVECs הביע סמנים האנדותל של צמתים תאים תאים ו VWF גרגירים. א &#39;, ב&#39;. נופים אורתוגונלית להראות פטנטים לומן מעוגלות לאחר 6 ימים בתרבות.arge.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/54457/54457fig3.jpg" /> איור 3. Engineered microvessels לחקר תפקוד האנדותל. א. תפקוד המחסום האנדותל ניתן להעריך לאחר זלוף של FITC (isothiocyanate והעמסת) מצומדות Dextran דרך רשתות (למעלה) המדידה העוקבת של דיפוזיה שלה לתוך קולגן בתפזורת (למטה). באמצעות קוד מותאם אישית, קטעי וידאו של זלוף ניתן לנתח כדי להתוות עוצמת פיקסל מעל אזור של אינטרס בתוך המסגרת לאורך זמן על מנת לקבוע את K מקדם חדירות (מיקרומטר / sec) של FITC-dextran. פרסומים קודמים על ידי המעבדה הראו כי החדירות של כלי מהונדסים אלה דומה לזו של vivo לשעבר יונקים כלי 31,43. B. אינטראקציות תא האנדותל עם perivתאי ascular או תמיכה ניתן לנתח פלטפורמה זו על ידי ויסות הרכב הסלולר של מטריצת קולגן. הנה, דוגמא של אינטראקציות תאי תאים אלה ניתן לראות כאשר תאי שריר חלק מוטבעים בתוך קולגן המקיף את הכלי. לאחר 14 ימים בתרבות, תאי שריר החלק (מוכתמים עבור יקטין שריר חלק אלפא (αSMA) בירוק) לקשר עם האנדותל ולהרחיב תהליכים לאורך קיר הכלי ולפעול תאי perivascular כמו לראות את התחזיות המאונכות 31. תמונות המוצגות פנל ו- B הן רפרודוקציות פרסום מוקדם 31. ג. הנבטת שיפוץ angiogenic ניתן להעריכם microvessels מהונדס על ידי שינוי תרבות התקשורת לכלול גירויי angiogenic. ללא גירויי angiogenic, HUVECs להראות הנבטה מינימאלית (משמאל); עם גירויים angiogenic (מעכב מולקולה קטנה 1 מיקרומטר של GSK-3, 20 ng / פקטור הגדילה של אנדותל כלי הדם מ&quot;ל, ו 20 ng / Gro פיברובלסטים בסיסי מ&quot;לwth גורם), HUVECs לנבוט בקלות לתוך המטריצה ​​כפי שניתן לראות מלמעלה למטה תחזיות ונוף מאונך (מימין). אורכו ומספר הניבט ניתן לכמת בקלות עם תוכנת ImageJ 41. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54457/54457fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/54457/54457fig4.jpg" /> איור 4. אינטראקציות דם האנדותל תכנון הנדסי. Microvessels הם שקטים ולהגיב בהתאם לגירויים דלקתיים. .א ללא שינוי, כלי תרבותי HUVEC צילם ליד כניסת תערוכות מכתים junctional CD31 חזק (אדום) ואת סיבוב, לומן פתוח. א &#39;. אורתוגונלית לאור לומן מוצג. B. כאשר citrated דם שלם עם טסיות שכותרתו CD41a (ירוק) הוא perfused דרך כלי שקט באופן דומה, מודעות מינימאליותhesion של טסיות (ירוק) כדי האנדותל הוא ציין. C. עם חשיפה לגירויים דלקתיים כגון phorbol-12-myristate-13-אצטט (PMA, 50 ng / ml) לתקשורת, טפטוף של תוצאות דם שלם ביצירת thrombi גדול (CD41a שכותרתו, ירוק) בתוך הערוץ עצמו הידבקות של לויקוציטים (+ CD45 שכותרתו, לבן) אל קיר כלי 31. תמונות שנראו כאן מובאות מתוך פרסום מוקדם 31. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54457/54457fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/54457/54457fig5.jpg" /> איור 5. microvessels Generated עם נגזר-ECS תאי גזע האדם. מקורות תא האנדותל נוספים שניתן להשתמש בהם כדי ליצור microvessels מהונדסים. מוקדם יותר השנה, Palpant et. al. הוכיח כי שני סוגים נבדלים oגזע אנושיים f עובריים תאים שמקורם בתאי האנדותל ניתן להשיג על ידי מניפולציה איתות Wnt / β-קטנין במהלך התמיינות: תאי אנדותל hemogenic (המאופיינת ביטוי HAND1 ופוטנציאל hemogenic גבוהה) ותאי אנדותל דמוי endocardial (מאופיין בחלקו על ידי הביטוי 41 של NFATC1 ו GATA4). א כאשר זורעים ותרבותי במצע כלי 3D, ECS hemogenic לעבור כמה הנבטה angiogenic. B. עם זאת, ECS דמוי endocardial הם הרבה יותר angiogenic ו נודדות, דבר המצביע על ההבדלים הפונקציונליים, אולי בתגובה לזרום, בין שני תת-סוגים של ECS (עבודה זו מוצגת בפירוט רב יותר בפרסום הקודם 41). שני סוגי התאים לבטא חלבוני junctional CD31 (אדום) וכמה VWF (ירוק). צפיות מאונך של שניהם מראים לומן פטנט. ג תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים סורק של ECS דמוי endocardial בתוך הכלי מציג נבט angiogenic כפי שניתן לראותמהצד לומינל. תמונות שהוצגו לוחות A ו- B הן רפרודוקציות Palpant et. al. 41. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54457/54457fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Micropatterning and Assembly of 3D Microvessels at JoVE.com

Micropatterning and Assembly of 3D Microvessels

כתב יד זה מציג שיטת הזרקה להנדס microvessels כי לשחזר מאפיינים פיסיולוגיים של האנדותל. תהליך microfluidic המבוסס יוצר רשתות כלי דם 3D פטנט עם תנאי tailorable, כגון זרימה, רכב הסלולר, גיאומטריה, והדרגות ביוכימיים. תהליך ייצור ודוגמאות של יישומים פוטנציאליים מתוארים.

Micropatterning והרכבת 3D microvessels

In vitro platforms to study endothelial cells and vascular biology are largely limited to 2D endothelial cell culture, flow chambers with polymer or glass ...

micropatterning-and-assembly-of-3d-microvessels

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

11.7K Views.  University of Washington.  כתב יד זה מציג שיטת הזרקה להנדס microvessels כי לשחזר מאפיינים פיסיולוגיים של האנדותל. תהליך microfluidic המבוסס יוצר רשתות כלי דם 3D פטנט עם תנאי tailorable, כגון זרימה, רכב הסלולר, גיאומטריה, והדרגות ביוכימיים. תהליך ייצור ודוגמאות של יישומים פוטנציאליים מ...

Video: Micropatterning and Assembly of 3D Microvessels

Process of Making Three-dimensional Microstructures using Vaporization of a Sacrificial Component

Vascular structures in natural systems are able to provide high mass transport through high surface areas and optimized structure. Few synthetic material fabrication techniques are able to mimic the complexity of these structures while maintaining scalability. The Vaporization of a Sacrificial Component (VaSC) process is able to do so. This process uses sacrificial fibers as a template to form hollow, cylindrical microchannels embedded within a matrix. Tin (II) oxalate (SnOx) is embedded within poly(lactic) acid (PLA) fibers which facilitates the use of this process. The SnOx catalyzes the depolymerization of the PLA fibers at lower temperatures. The lactic acid monomers are gaseous at these temperatures and can be removed from the embedded matrix at temperatures that do not damage the matrix. Here we show a method for aligning these fibers using micromachined plates and a tensioning device to create complex patterns of three-dimensionally arrayed microchannels. The process allows the exploration of virtually any arrangement of fiber topologies and structures.

The Vaporization of a Sacrificial Component (VaSC) process is used to fabricate microvascular structures. This procedure uses sacrificial poly(lactic) acid fibers to form hollow microchannels with precise 3D geometric positioning provided by laser micromachined guide plates.

תהליך של הפיכת Microstructures תלת ממדי באמצעות אידוי של רכיב של קורבן

Vascular structures in natural systems are able to provide high mass transport through high surface areas and optimized structure. Few synthetic material ...

Engineering

A Microfluidic Device with Groove Patterns for Studying Cellular Behavior

We describe a microfluidic device with microgrooved patterns for studying cellular behavior. This microfluidic platform consists of a top fluidic channel and a bottom microgrooved substrate. To fabricate the microgrooved channels, a top poly(dimethylsiloxane) (PDMS) mold containing the impression of the microfluidic channels was aligned and bonded to a microgrooved substrate. Using this device, mouse fibroblast cells were immobilized and patterned within microgrooved substrates (25, 50, 75, and 100 &mu;m wide). To study apoptosis in a microfluidic device, media containing hydrogen peroxide, Annexin V, and propidium iodide was perfused into the fluidic channel for 2 hours. We found that cells exposed to the oxidative stress became apoptotic. These apoptotic cells were confirmed by Annexin V that bound to phosphatidylserine at the outer leaflet of the plasma membrane during the apoptosis process. Using this microfluidic device with microgrooved patterns, the apoptosis process was observed in real-time and analyzed by using an inverted microscope containing an incubation chamber (37&deg;C, 5% CO2). Therefore, this microfluidic device incorporated with microgrooved substrates could be useful for studying the cellular behavior and performing high-throughput drug screening.

We describe a protocol for the fabrication of microfluidic devices that can enable cell capture and culture. In this approach patterned microstructures such as grooves within microfluidic channels are used to create low shear stress regions within which cell can dock.

מכשיר microfluidic עם דפוסי Groove לחקר התנהגות נייד

We describe a microfluidic device with microgrooved patterns for studying cellular behavior.  This microfluidic platform consists of a top fluidic channel ...

Biology

Microfabrication of Chip-sized Scaffolds for Three-dimensional Cell cultivation

Using microfabrication technologies is a prerequisite to create scaffolds of reproducible geometry and constant quality for three-dimensional cell cultivation. These technologies offer a wide spectrum of advantages not only for manufacturing but also for different applications. The size and shape of formed cell clusters can be influenced by the exact and reproducible architecture of the microfabricated scaffold and, therefore, the diffusion path length of nutrients and gases can be controlled.1 This is unquestionably a useful tool to prevent apoptosis and necrosis of cells due to an insufficient nutrient and gas supply or removal of cellular metabolites.
Our polymer chip, called CellChip, has the outer dimensions of 2 x 2 cm with a central microstructured area. This area is subdivided into an array of up to 1156 microcontainers with a typical dimension of 300 m edge length for the cubic design (cp- or cf-chip) or of 300 m diameter and depth for the round design (r-chip).2
So far, hot embossing or micro injection moulding (in combination with subsequent laborious machining of the parts) was used for the fabrication of the microstructured chips. Basically, micro injection moulding is one of the only polymer based replication techniques that, up to now, is capable for mass production of polymer microstructures.3 However, both techniques have certain unwanted limitations due to the processing of a viscous polymer melt with the generation of very thin walls or integrated through holes. In case of the CellChip, thin bottom layers are necessary to perforate the polymer and provide small pores of defined size to supply cells with culture medium e.g. by microfluidic perfusion of the containers.
In order to overcome these limitations and to reduce the manufacturing costs we have developed a new microtechnical approach on the basis of a down-scaled thermoforming process. For the manufacturing of highly porous and thin walled polymer chips, we use a combination of heavy ion irradiation, microthermoforming and track etching. In this so called "SMART" process (Substrate Modification And Replication by Thermoforming) thin polymer films are irradiated with energetic heavy projectiles of several hundred MeV introducing so-called "latent tracks" Subsequently, the film in a rubber elastic state is formed into three dimensional parts without modifying or annealing the tracks. After the forming process, selective chemical etching finally converts the tracks into cylindrical pores of adjustable diameter.

We present two processes for the microfabrication of porous polymer chips for three-dimensional cell cultivation. The first one is hot embossing combined with a solvent vapour welding process. The second one uses a recently developed microthermoforming process combined with ion track technology leading to a significant simplification of manufacture.

Microfabrication של שבב בגודל פיגומים לעיבוד תלת ממדי נייד

Using microfabrication technologies is a prerequisite to create scaffolds of reproducible geometry and constant quality for three-dimensional cell ...

Capillary-based Centrifugal Microfluidic Device for Size-controllable Formation of Monodisperse Microdroplets

Here, we demonstrate a simple method for the rapid production of size-controllable, monodisperse, W/O microdroplets using a capillary-based centrifugal microfluidic device. W/O microdroplets have recently been used in powerful methods that enable miniaturized chemical experiments. Therefore, developing a versatile method to yield monodisperse W/O microdroplets is needed. We have developed a method for generating monodisperse W/O microdroplets based on a capillary-based centrifugal axisymmetric co-flowing microfluidic device. We succeeded in controlling the size of microdroplets by adjusting the capillary orifice. Our method requires equipment that is easier-to-use than with other microfluidic techniques, requires only a small volume (0.1-1 &#181;l) of sample solution for encapsulation, and enables the production of hundreds of thousands number of W/O microdroplets per second. We expect this method will assist biological studies that require precious biological samples by conserving the volume of the samples for rapid quantitative analysis biochemical and biological studies.

Here, we demonstrate a simple production method for size-controllable, monodisperse, water-in-oil (W/O) microdroplets using a capillary-based centrifugal microfluidic device. This method requires only a small sample volume and enables high-yield production. We expect this method will be useful for rapid biochemical and cellular analyses.

נימים מבוססות מכשיר microfluidic צנטריפוגלי עבור גיבוש גודל לשליטה של ​​Monodisperse microdroplets

Here, we demonstrate a simple method for the rapid production of size-controllable, monodisperse, W/O microdroplets using a capillary-based centrifugal ...

Formation of Biomembrane Microarrays with a Squeegee-based Assembly Method

Lipid bilayer membranes form the plasma membranes of cells and define the boundaries of subcellular organelles. In nature, these membranes are heterogeneous mixtures of many types of lipids, contain membrane-bound proteins and are decorated with carbohydrates. In some experiments, it is desirable to decouple the biophysical or biochemical properties of the lipid bilayer from those of the natural membrane. Such cases call for the use of model systems such as giant vesicles, liposomes or supported lipid bilayers (SLBs). Arrays of SLBs are particularly attractive for sensing applications and mimicking cell-cell interactions. Here we describe a new method for forming SLB arrays. Submicron-diameter SiO2 beads are first coated with lipid bilayers to form spherical SLBs (SSLBs). The beads are then deposited into an array of micro-fabricated submicron-diameter microwells. The preparation technique uses a "squeegee" to clean the substrate surface, while leaving behind SSLBs that have settled into microwells. This method requires no chemical modification of the microwell substrate, nor any particular targeting ligands on the SSLB. Microwells are occupied by single beads because the well diameter is tuned to be just larger than the bead diameter. Typically, more 75% of the wells are occupied, while the rest remain empty. In buffer SSLB arrays display long-term stability of greater than one week. Multiple types of SSLBs can be placed in a single array by serial deposition, and the arrays can be used for sensing, which we demonstrate by characterizing the interaction of cholera toxin with ganglioside GM1. We also show that phospholipid vesicles without the bead supports and biomembranes from cellular sources can be arrayed with the same method and cell-specific membrane lipids can be identified.

Supported lipid bilayers and natural membrane particles are convenient systems that can approximate the properties of cell membranes and be incorporated in a variety of analytical strategies. Here we demonstrate a method for preparing microarrays composed of supported lipid bilayer-coated SiO2 beads, phospholipid vesicles or natural membrane particles.

היווצרות של microarrays Biomembrane עם שיטת הרכבה מבוססת מגב

Lipid bilayer membranes form the plasma membranes of cells and define the boundaries of subcellular organelles. In nature, these membranes are ...

Lipid Bilayer Vesicle Generation Using Microfluidic Jetting

Bottom-up synthetic biology presents a novel approach for investigating and reconstituting biochemical systems and, potentially, minimal organisms. This emerging field engages engineers, chemists, biologists, and physicists to design and assemble basic biological components into complex, functioning systems from the bottom up. Such bottom-up systems could lead to the development of artificial cells for fundamental biological inquiries and innovative therapies1,2. Giant unilamellar vesicles (GUVs) can serve as a model platform for synthetic biology due to their cell-like membrane structure and size. Microfluidic jetting, or microjetting, is a technique that allows for the generation of GUVs with controlled size, membrane composition, transmembrane protein incorporation, and encapsulation3. The basic principle of this method is the use of multiple, high-frequency fluid pulses generated by a piezo-actuated inkjet device to deform a suspended lipid bilayer into a GUV. The process is akin to blowing soap bubbles from a soap film. By varying the composition of the jetted solution, the composition of the encompassing solution, and/or the components included in the bilayer, researchers can apply this technique to create customized vesicles. This paper describes the procedure to generate simple vesicles from a droplet interface bilayer by microjetting.

Microfluidic jetting against a droplet interface lipid bilayer provides a reliable way to generate vesicles with control over membrane asymmetry, incorporation of transmembrane proteins, and encapsulation of material. This technique can be applied to study a variety of biological systems where compartmentalized biomolecules are desired.

השומנים bilayer שלפוחיות דור שימוש Microfluidic jetting

Bottom-up synthetic biology presents a novel approach for investigating and reconstituting biochemical systems and, potentially, minimal organisms. This ...

Patterning of Microorganisms and Microparticles through Sequential Capillarity-assisted Assembly

Controlled patterning of microorganisms into defined spatial arrangements offers unique possibilities for a broad range of biological applications, including studies of microbial physiology and interactions. At the simplest level, accurate spatial patterning of microorganisms would enable reliable, long-term imaging of large numbers of individual cells and transform the ability to quantitatively study distance-dependent microbe-microbe interactions. More uniquely, coupling accurate spatial patterning and full control over environmental conditions, as offered by microfluidic technology, would provide a powerful and versatile platform for single-cell studies in microbial ecology. 
This paper presents a microfluidic platform to produce versatile and user-defined patterns of microorganisms within a microfluidic channel, allowing complete optical access for long-term, high-throughput monitoring. This new microfluidic technology is based on capillarity-assisted particle assembly and exploits the capillary forces arising from the controlled motion of an evaporating suspension inside a microfluidic channel to deposit individual microsized objects in an array of traps microfabricated onto a polydimethylsiloxane (PDMS) substrate. Sequential depositions generate the desired spatial layout of single or multiple types of micro-sized objects, dictated solely by the geometry of the traps and the filling sequence. 
The platform has been calibrated using colloidal particles of different dimensions and materials: it has proven to be a powerful tool to generate diverse colloidal patterns and perform surface functionalization of trapped particles. Furthermore, the platform was tested on microbial cells, using Escherichia coli cells as a model bacterium. Thousands of individual cells were patterned on the surface, and their growth was monitored over time. In this platform, the coupling of single-cell deposition and microfluidic technology allows both geometric patterning of microorganisms and precise control of environmental conditions. It thus opens a window into the physiology of single microbes and the ecology of microbe-microbe interactions, as shown by preliminary experiments.

We present a technology that uses capillarity-assisted assembly in a microfluidic platform to pattern micro-sized objects suspended in a liquid, such as bacteria and colloids, into prescribed arrays on a polydimethylsiloxane substrate.

דפוס של מיקרואורגניזמים ומיקרו-חלקיקים באמצעות הרכבה בסיוע נימים רציפים

Controlled patterning of microorganisms into defined spatial arrangements offers unique possibilities for a broad range of biological applications, ...

Image-guided, Laser-based Fabrication of Vascular-derived Microfluidic Networks

This detailed protocol outlines the implementation of image-guided, laser-based hydrogel degradation for the fabrication of vascular-derived microfluidic networks embedded in PEGDA hydrogels. Here, we describe the creation of virtual masks that allow for image-guided laser control; the photopolymerization of a micromolded PEGDA hydrogel, suitable for microfluidic network fabrication and pressure head-driven flow; the setup and use of a commercially available laser scanning confocal microscope paired with a femtosecond pulsed Ti:S laser to induce hydrogel degradation; and the imaging of fabricated microfluidic networks using fluorescent species and confocal microscopy. Much of the protocol is focused on the proper setup and implementation of the microscope software and microscope macro, as these are crucial steps in using a commercial microscope for microfluidic fabrication purposes that contain a number of intricacies. The image-guided component of this technique allows for the implementation of 3D image stacks or user-generated 3D models, thereby allowing for creative microfluidic design and for the fabrication of complex microfluidic systems of virtually any configuration. With an expected impact in tissue engineering, the methods outlined in this protocol could aid in the fabrication of advanced biomimetic microtissue constructs for organ- and human-on-a-chip devices. By mimicking the complex architecture, tortuosity, size, and density of in vivo vasculature, essential biological transport processes can be replicated in these constructs, leading to more accurate in vitro modeling of drug pharmacokinetics and disease.

This protocol outlines the implementation of image-guided, laser-based hydrogel degradation to fabricate vascular-derived, biomimetic microfluidic networks embedded in poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) hydrogels. These biomimetic microfluidic systems may be useful for tissue engineering applications, generation of in vitro disease models, and fabrication of advanced "on-a-chip" devices.

תמונה מונחה, ייצור מבוסס-לייזר של רשתות Microfluidic הנגזרות דם

This detailed protocol outlines the implementation of image-guided, laser-based hydrogel degradation for the fabrication of vascular-derived microfluidic ...

A Versatile Method of Patterning Proteins and Cells

Substrate and cell patterning techniques are widely used in cell biology to study cell-to-cell and cell-to-substrate interactions. Conventional patterning techniques work well only with simple shapes, small areas and selected bio-materials. This article describes a method to distribute cell suspensions as well as substrate solutions into complex, long, closed (dead-end) polydimethylsiloxane (PDMS) microchannels using negative pressure. This method enables researchers to pattern multiple substrates including fibronectin, collagen, antibodies (Sal-1), poly-D-lysine (PDL), and laminin. Patterning of substrates allows one to indirectly pattern a variety of cells. We have tested C2C12 myoblasts, the PC12 neuronal cell line, embryonic rat cortical neurons, and amphibian retinal neurons. In addition, we demonstrate that this technique can directly pattern fibroblasts in microfluidic channels via brief application of a low vacuum on cell suspensions. The low vacuum does not significantly decrease cell viability as shown by cell viability assays. Modifications are discussed for application of the method to different cell and substrate types. This technique allows researchers to pattern cells and proteins in specific patterns without the need for exotic materials or equipment and can be done in any laboratory with a vacuum.

This report describes a simple, easy to perform technique, using low pressure vacuum, to fill microfluidic channels with cells and substrates for biological research.

שיטה צדדית של חלבוני דפוסי תאים

Substrate and cell patterning techniques are widely used in cell biology to study cell-to-cell and cell-to-substrate interactions. Conventional patterning ...

Control of Cell Geometry through Infrared Laser Assisted Micropatterning

Micropatterning is an established technique in the cell biology community used to study connections between the morphology and function of cellular compartments while circumventing complications arising from natural cell-to-cell variations. To standardize cell shape, cells are either confined in 3D molds or controlled for adhesive geometry through adhesive islands. However, traditional micropatterning techniques based on photolithography and deep UV etching heavily depend on clean rooms or specialized equipment. Here we present an infrared laser assisted micropatterning technique (microphotopatterning) modified from Doyle et al. that can be conveniently set up with commercially available imaging systems. In this protocol, we use a Nikon A1R MP+ imaging system to generate micropatterns with micron precision through an infrared (IR) laser that ablates preset regions on poly-vinyl alcohol coated coverslips. We employ a custom script to enable automated pattern fabrication with high efficiency and accuracy in systems not equipped with a hardware autofocus. We show that this IR laser assisted micropatterning (microphotopatterning) protocol results in defined patterns to which cells attach exclusively and take on the desired shape. Furthermore, data from a large number of cells can be averaged due to the standardization of cell shape. Patterns generated with this protocol, combined with high resolution imaging and quantitative analysis, can be used for relatively high throughput screens to identify molecular players mediating the link between form and function.

The protocol presented here enables automated fabrication of micropatterns that standardizes cell shape to study cytoskeletal structures within mammalian cells. This user-friendly technique can be set up with commercially available imaging systems and does not require specialized equipment inaccessible to standard cell biology laboratories.

שליטה בגיאומטריית התא באמצעות מיקרופטרנינג בסיוע לייזר אינפרא אדום

Micropatterning is an established technique in the cell biology community used to study connections between the morphology and function of cellular ...

Micropatterning והרכבת 3D microvessels

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

תהליך של הפיכת Microstructures תלת ממדי באמצעות אידוי של רכיב של קורבן

מכשיר microfluidic עם דפוסי Groove לחקר התנהגות נייד

Microfabrication של שבב בגודל פיגומים לעיבוד תלת ממדי נייד

נימים מבוססות מכשיר microfluidic צנטריפוגלי עבור גיבוש גודל לשליטה של Monodisperse microdroplets

היווצרות של microarrays Biomembrane עם שיטת הרכבה מבוססת מגב

השומנים bilayer שלפוחיות דור שימוש Microfluidic jetting

דפוס של מיקרואורגניזמים ומיקרו-חלקיקים באמצעות הרכבה בסיוע נימים רציפים

תמונה מונחה, ייצור מבוסס-לייזר של רשתות Microfluidic הנגזרות דם

שיטה צדדית של חלבוני דפוסי תאים

שליטה בגיאומטריית התא באמצעות מיקרופטרנינג בסיוע לייזר אינפרא אדום

Micropatterning והרכבת 3D microvessels

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

תהליך של הפיכת Microstructures תלת ממדי באמצעות אידוי של רכיב של קורבן

מכשיר microfluidic עם דפוסי Groove לחקר התנהגות נייד

Microfabrication של שבב בגודל פיגומים לעיבוד תלת ממדי נייד

נימים מבוססות מכשיר microfluidic צנטריפוגלי עבור גיבוש גודל לשליטה של ​​Monodisperse microdroplets

היווצרות של microarrays Biomembrane עם שיטת הרכבה מבוססת מגב

השומנים bilayer שלפוחיות דור שימוש Microfluidic jetting

דפוס של מיקרואורגניזמים ומיקרו-חלקיקים באמצעות הרכבה בסיוע נימים רציפים

תמונה מונחה, ייצור מבוסס-לייזר של רשתות Microfluidic הנגזרות דם

שיטה צדדית של חלבוני דפוסי תאים

שליטה בגיאומטריית התא באמצעות מיקרופטרנינג בסיוע לייזר אינפרא אדום

נימים מבוססות מכשיר microfluidic צנטריפוגלי עבור גיבוש גודל לשליטה של Monodisperse microdroplets