The authors have no acknowledgements.

템플릿으로 1. 폴리 우레탄 (PU) 스폰지 준비 <ol><li> 상호 연결 기공을 포함하는 하이드 록시 아파타이트 템플릿을 생성하기 위해 폴리 우레탄 스폰지를 사용합니다. 템플릿 스트러트의 형성뿐만 아니라 trabeculae 내의 마이크로 채널의 형성을위한 기본을 제공하는 trabeculae 각 스폰지 사용. </li><li> 잘라 길이 폭 X 1.5 cm에 X 5cm 높이 3.5 cm의 크기로 2 브리지 모양으로 (인치 당 모공) 스폰지 80 PPI 트림. 주 : 치수 및 형상이 선택 될 수있는 원하는 기본 기공 크기에있어서 100 PPI, PPI 80 및 60을 PPI. </li><li> 4 %의 100 mL로 (w / v)의 150 ㎖의 비커를 사용하여 NaOH 용액; 다음 담그고 준비 스폰지가 완전히 젖었 때까지 짠다. </li><li> 몸을 담근 후, 초음파 (42 kHz에서)에서 스폰지와 비커를 놓습니다. </li><li> 초음파 표면 특성을 수정하는 열없이 15 ~ 20 분 동안 폴리 우레탄 스폰지를 사전 처리합니다. </li><li> 증류수로 씻어5 ~ 10 분 동안 물. 세정하는 동안, 스폰지를 압착하고가 스폰지 안에 잔여의 NaOH를 제거하기 위해 5 내지 7 배 확대 할 수있다. </li><li> 여분의 물을 제거하기 위해 종이 타월과 스폰지를 짜내; 그런 다음 60 ~ 80 ℃의 오븐에서 건조한다. </li></ol> 코팅 2. 수산화 인회석 (HA) 슬러리 준비 <ol><li> HA 슬러리를하기 전에, 자기 교반 막대가 비커의 중량을 측정한다. 이 측정은, 분말 / 액체 비율을 계산하는 데 사용된다. </li><li> 나노 크기의 HA 분말 10g을 측정한다. </li><li> 50 ㎖ 비이커에 증류수 20 ㎖를 추가합니다. 120-140 ° C 및 교반은 자기 교반 가열판을 사용하는 열. </li><li> 300-400 rpm으로 교반하면서 증류수 당 분말을 폴리 비닐 알코올 (PVA) (89,000-98,000 MW) 0.3 g (w / w 3 %)를 첨가. </li><li> PVA가 완전히 용해 될 때까지 저어. PVA 용액을 완전히 용해 후 명백하다. </li><li> O십시오400-500 rpm으로 교반하면서 FF 열 및 나트륨 카르복시 메틸 셀룰로오스 (CMC) 분말 (매우 낮은 점도) 0.1 g (w / w 1 %)를 추가한다. PVA 용액을 완전히 용해 후 명백하다. </li><li> CMC가 완전히 용해 될 때까지 저어 실온까지 냉각. </li><li> 300-400 rpm으로 교반하면서 분말 당 암모늄 폴리 아크릴 레이트 분산제 0.3 g (3 % w / w)를 첨가. 완전히 용해 될 때까지 저어. </li><li> 300 ~ 400 rpm으로 교반하면서 분말 당 글리세린 0.2 G (W 2 % / W)를 추가합니다. 완전히 용해 될 때까지 저어. </li><li> 천천히 600-900 rpm으로 교반하면서 용액에 HA 분말을 분산, 5 분 동안 계속 교반. </li><li> HA 분말의 응집 임의의 분산을 위해 초음파를 사용하여 5 분 동안 초음파 처리. </li><li> 90-100 ℃에서 600-900 rpm으로 열에서 교반하면서 혼합물에 증류수를 추가로 5 ㎖를 추가한다. </li><li> ORD에서 90-100 ℃에서 600-800 rpm으로 자기 교반기를 사용하여 교반 유지ER은 수분을 증발. </li><li> 1.75에서 1.8 사이의 분말 / 액체 비율이 얻어 질 때까지 수시로 비이커 포함한 혼​​합물 전체 중량을 측정한다. </li><li> 분말 / 액체 비율을 포맷, 분말, 시약, 물, 마이너스 비이커 및 교반기 (2.1)의 중량, 및 마이너스 HA 분말을 포함한 혼​​합물 (2.14)의 합계 중량에 의해 분말의 중량을 나누어 (2.2). 참고 : 예를 들어 : (분체, 시약, 및 물을 포함하여 전체 혼합물) 49.05 g 인 경우, B (교반기는 비커) 33.5 g, 그 후 C (HA 분말) 10g이다. C / (ABC 방송) = 10 / (49.05-33.5-10) = 1.80 </li><li> 슬러리 코팅을 위해 사용하기 전에 실온까지 냉각시킵니다. </li></ol> 3. HA 코팅, 건조, 소결 <ol><li> 코트 슬러리까지 스테인레스 주걱을 사용하여 HA 코팅 슬러리 제조 PU 스폰지 균질 유리판 상 PU 스폰지에 걸쳐 분산된다. 참고 : 초과 비방를 제거한 후공예, 기공의 일부는 여전히 높기 때문에 슬러리 점도의 슬러리로 막혀 할 수있다. </li><li> 약간, 상호, 균일 성, 열린 모공을 보장 공기 압축기를 사용하여 HA 코팅 된 템플릿을 타격하기 위해. 이 프로세스 템플릿 균일 PU 스폰지의 내부 및 외부 표면 모두에 코팅되는 것을 보장한다. 주 : 균질 코팅이 달성되지 않으면, HA 코팅 된 템플릿을 소결 과정 중에 붕괴되고 낮은 기계적 강도로 인해 취급시에도 균열이있다. 또한, 균일 한 코팅은 trabeculae 내에 미세 통로를 만드는데 중요하다. </li><li> 부드러운 공기 순환과 냉각 조건에서 5 시간 (20 ~ 25 ℃로)의 최소 HA 코팅 된 템플릿을 건조. 그러나 주형의 크기에 기초하여, 건조 시간을 연장한다. 참고 : 건조 후, HA 코팅 된 템플릿은 일반적으로 각 차원에 약 8 % ~ 10 %를 축소합니다. </li><li> 건조 공정 후, HA 배치알루미나 도가니에 코팅 된 템플릿. 그리고, 고온 가열로에 배치하고 다음 단계 8 소결 프로파일을 사용한다. <ol><li> 예선 2 ℃ / 분까지 230 ° C. </li><li> 예선 1 ° C / 분까지 280 ° C. </li><li> 400 ° C를 때까지 0.5 ℃ / 분 가열한다. </li><li> 열 3 ℃ / 분까지 600 ° C. 1 시간 동안 600 ℃에서 보관하십시오. </li><li> 열 5 ℃ / 분, 1230 ℃로 될 때까지. 3 시간 동안 1,230 ° C를 유지합니다. </li><li> 실온으로 냉각 5 ° C / 분. 참고 : 소결 더 약 22 % HA 코팅 스폰지 템플릿을 축소합니다 - 각 차원에서 25 %. </li></ol></li></ol> 템플릿으로 세포의 4. 수신 및 거주 <ol><li> 5 % CO 2를 함유하는 가습 분위기하에 37 ℃에서 10 % 소 태아 혈청 (FBS) 및 1 % 항생 물질 (스트렙토 마이신 및 페니실린)이 보충 된 α-MEM으로 이루어진 비 - 골 형성 배지에서 배양 사전 골아 MC3T3 세포 . </li><li> 10 ML을 추가6- 웰 접시 내에서 단일 웰에 2 × 106 세포의 밀도로 세포 현탁액. </li><li> 6 웰 플레이트에 수직으로 3cm X 4cm X 1cm의 다리 모양의 템플릿을 놓습니다. 인접한 빈 웰에 세포 현탁액을 포함하는 플레이트에 서식하고, 다른 레그 중 하나의 다리를 놓는다. </li><li> 템플릿이 10 분 동안 세포 현탁액을 흡수 할 수 있습니다. </li><li> 그 후 원래 세포 현탁액으로 가득 차 있었다 잘 미디어의 5 ML을 추가합니다. </li><li> 칠일이 경과 할 때까지 매 2 3 일 모두 우물에서 매체를 보충. </li><li> 헤 마톡 실린 및 에오신 염색 (11)에 의해 세포 이동의 효과를 결정합니다. <ol><li> 20 ~ 30 분 동안 100 %의 EtOH에 침지하여 세포와 지지체를 수정합니다. </li><li> 1 ~ 2 분 동안 헤 마톡 실린으로 얼룩. </li><li> 두 번 1-2 분 동안 증류수로 씻어. </li><li> 다음, 70 %에 담가 95 %, 1 ~ 2 분마다 다음 100 % EtOH를 탈수. </li><li> 20 ~ 30 초 동안 에오신으로 얼룩. </li><li> 두 번 12 분 동안 증류수로 씻어. </li><li> 1-2 분마다 70 %에 침지하여 80 %, 90 % 및 100 % EtOH로 탈수. </li><li> 절편 및 이미징을위한 아크릴 수지의 발판을 포함시킵니다. </li></ol></li><li> 3- [4,5- 디메틸 티아 졸 -2- 일] -2,5- 디 페닐 테트라 졸륨 브로마이드 (MTT) 세포 생존력 분석법 및 라이브 / 죽은 분석 (생균 / 죽은 세포 염색 키트 MPTP)시 점 세포 생존을 결정 3 일, 7 (11). 주 : 뼈 형상 템플릿 제작 프로토콜 방식은 &quot;대표 결과&quot;세션에서 표현된다. </li></ol>

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</ol>

The authors have nothing to disclose.

등의 세포, 성장 인자, 영양소, 포함한 멀티 컴포넌트 템플릿은 성공적인 골 재생 및 임계 크기의 큰 골 결손의 수복 작용을 위해 필요하다. 이러한 요소 내에서 해부학 적으로 순응 생물학적 특성이 필수적이다. 생물학적 기능을 달성하기 위해, 템플릿은 생체 적합성, osteoconductivity, 기계적 완전성, 충분한 표면적, 적절한 표면 질감과 산소 및 영양을위한 전송 수단을 발휘한다. 용이하게 침투 템플릿에 (활성 모집), 템플릿 (유지)에 걸쳐 균일 한 분포, 가속 증식과 높은 생존 능력 (거주) : 세포 수준에서, 다음과 같은 기능은 대규모 골 결손의 기능 회복에 특히 중요하다. 마지막으로, 실질적인 세포 외 기질의 후속 형성 및 유전자 발현의 트리거링은 급속하게 혈관 필수 생물학적 과정에서 결정적인ND 골 형성. 합성 대체품의 많은 다른 유형은 자동 /으로 할당 할 뼈 이식 조직을 대체하기 위해 제안되어왔다. 그러나, 현재의 골격 조직 마이크로 채널 및 나노 기공을 함유하는 내부 미세 환경을 나타내지 않기 때문에 적극적 깊이 10mm보다 큰 합성 대체품으로 세포 침윤, 배포 및 inhabitance을 용이하게하지 않는다. 이들은 효율적으로 신속하고 균일 뼈 템플릿 깊숙이 마이그레이션 세포 선구 물리적 단서를 제공하지 않는다. 대신, 세포의 제한된 수동 모집 발판의 외부 및 내부 영역 사이의 불평등하게 분배 세포 집단을 만듭니다. 이는 주형의 내부 코어에 도달 세포의 초기 도전 악화뿐만 아니라 합성 대용의 타단 영양소 유동 세포 통신을 방해하지 만. 셀 D의 불균형 세포 모집 및 주거 이런 형태의비계 후 조정법과 불완전한 뼈 성장은 신체 14, 15에 이식되었습니다. 따라서, 우리는 이러한 장애를 해결하기위한 기본 물리적 큐로 모세관 작용의 개념을 도입하고있다. 우리는 충분히 적극적 BMT 깊숙이 세포를 모집 책임감 차 드래그 력 차지할 모세관 현상을 유도 BMT에 마이크로 채널을 설계했다. PU 스폰지 코팅 기술은 몇 가지 독특한 특성을 제공한다. 첫째, 자신이 미리 정의 된 템플릿 구조물에 의존 잘 제어 된 다공성 구조의 골소주 쉬운 제제를 허용 (즉, 300-400 μm의 템플릿에 대한 인치 당 세공 80). 이 조골 세포 침윤 15 기공 크기를 최적화하기위한 매우 중요하다. 둘째로, 기술은 셀 재 (11)를 초기화하는 데 중요한 역할을 차지 상호 접속 된 마이크로 채널의 구성을 가능하게. 사용자 정의 모양과 템플릿의 크기를 만드는 측면에서 우레탄 스펀지를 사용하는 경우 셋째, 거의 제한이있다. 메이커는 간단한 모양이나 복잡한 형상 심지어 계산 된 레이저 절단 가위를 사용할 수 있습니다. 이 정밀하게 제어 기술을 사용하여, 우리는 BMT를 만들었습니다. HA는 때문에 생체 적합성 및 osteoconductive 용량 (17)의 출발 물질로서 선택되었다. 이 연구에서 강조해야 할 몇 가지 중요한 단계가 있습니다. 온도가 너무 높아서 교반 속도가 너무 낮 으면 HA 슬러리 제조시, HA 슬러리를 비이커의 바닥 가장자리 붙어되고 건조된다. 과량의 HA 슬러리를 불어 코팅 공정 후에, 공기 압력이 너무 높은 BMT의 표면에 균열을 유도 할 수있다. 제대로 HA 과잉 슬러리를 공기 만 밖으로 비교적 낮은 공기압을 유지하는 것이 중요하다. 소결 공정의 마지막으로, 두 번째 및 세 번째 단계가장 중요한 (예선 1 ° C / min으로 280 ° C 및 열 0.5 ° C / 분까지 400 ° C까지)이다. HA가 조밀하게하면서이 온도 범위에서, 우레탄 스펀지가 완전히 타 버릴 것입니다. 이 프로토콜 밀접 따르지 않으면, BMT 붕괴 또는 소결 후에 부서진한다. 이 연구에 기술 BMT은 몇 가지 장점을 제공한다. 첫째,-간 연결 매크로 기공 (300 ~ 400 μm의)는 인간의 소주 골의 사람들을 모방하고 부드러운 골수 흐름 수 있습니다. 둘째, 템플릿은 모세관 작용을 통해 골 세포의 초기 진입을 촉진하기 위해 각 격벽 섬유주 내의 미세 채널 (25-50 μm의)로 구성된다. 템플릿이 300 μm의 기공 (주 모공)없이 마이크로 채널이 있다면, 전산 시뮬레이션 (13)를 사용하여 알 수 있듯이, 모세관 작용은 골수와 템플릿의 전체 채도에 충분하다. 특히 L을 필요로 대형 결함을 성립 것ARGE 크기 템플릿. 마이크로 미터 크기의 채널을 나타낸다 매우 효과적인 유체 흡수하고, 따라서 우리는 마이크로 채널이 연구에서 모세관 작용에 주된 책임이 될 것으로 기대. 셋째, 우리의 BMTs 전략적으로 나노 기공을 배치했다. 문학의 데이터는 세포가 나노 패턴 (18, 19)을 특히 민감 것을 나타냅니다; 따라서, 우리는 세포 부착을 증가시키는 역할을하는 마이크로 채널의 벽에 나노 기공을 예상. 소주 격막의 표면에 나노 크기의 기공 (100-400 nm의)는 앵커 세포를 고정화 허용했다. 전반적으로,이 세 가지 내부 구조의 결합 된 효과는 템플릿을 통해 강화 된 세포 동원 및 접착 결과. 그러나 프로토콜의 몇 가지 제한과 완벽한 BMT를 제조 할 수있는 중요한 단계가 있습니다. 예를 들어, 코팅 동안 균질 점성을 유지의 어려움으로 인해 제조 HA 슬러리 다량 종종있다. 또한 제작에 한계가있다때문에 코팅하는 동안 시간을 작업에 볼륨에서 5cm 3보다 큰 템플릿. 코팅 두께는 머신의 기술에 따라 변화하는 중요하다. 우리의 연구 결과는 제안이 흡수하고 기존의 alloplastic (또는 합성) 발판을 통해 잠재적 인 이점을 제공 할 것입니다 세포를 유지 할 수있는 BMT. 전향 적 연구는 뼈 - 관련 성장 인자와 함께 골 형성 및 / 또는 혈관 신생에 BMT의 이점을 확인하기 위해 고려되고있다. 따라서, 우리는 우리의 고유 한 기능을 갖춘 BMT의 발판이 큰 결함의 합성 구조와 불완전 골 재생에 충분 골수 침투의 주요 장벽을 해결할 수 있다고 주장한다. 본 연구의 궁극적 인 목표는 시간 - / 노동 집약적 골수 기질에 대한 필요성을 제거하여 임계 크기 결함 경골 뼈 재구성 및 복원 기능에 생명 공학의 현재 패러다임을 단순화하는 것이다L 세포의 분리 및 확장 프로세스. 마지막으로, 우리는 뼈의 재건을 위해 빠른 세포 흡수, 균일 한 분포 및 inhabitance을 유도 마이크로 채널 및 나노 기공과 3 차원 구조를 따르는 해부학 적으로 활용하는 것을 목표로하고 있습니다.

The ultimate goal of bone tissue engineering with synthetic constructs is the incorporation of the constructs into the host bone, repopulation of the constructs with host cells, and reconstitution of gas and body fluid exchanges to restore normal bone function. Considerable research has been reported over the last decade in the use of polymeric and ceramic biomaterials for producing scaffolds1,2. However, the ideal material and fabrication technique for optimal bone tissue regeneration has yet to be identified. In addition, there is an overall lack of success in bringing these technologies to the clinic, especially for the reconstruction and restoration of large bone defects. Therefore, restoring critical sized bony defects still remains a clinical challenge1-5. 
Ideally, the scaffolds for bone tissue regeneration should exhibit biocompatibility without causing inflammatory responses or foreign body/toxic reactions, have closely matched mechanical properties when compared to those of native bone, and possess a mechanism to allow diffusion and/or transport of ions and nutrients. Strong bonding with the host bone, dynamic bone growth, vascular ingrowth, and biodegradation of the scaffolds are equally desirable. Although the use of biodegradable polymer scaffolds has exhibited progress in terms of tissue ingrowth, there are controversies over their use for bone regeneration. 
Notwithstanding these extensive efforts, the highly organized structural synthetic constructs still have limited potential in overcoming the obstacle of passive cell penetration. Most of these approaches have resulted in the in vitro tissue ingrowth with cross-sections of less than a few &#181;m to several mm from the external surface, an incomplete integration with host bone, and only partial bone regeneration in vivo6,7. The pioneering cells do not migrate deeply into the constructs because of the lack of an initial force that pulls them inside before cell colonization begins. Consequently, cell colonization strictly occurs at the scaffold periphery, becoming an obstruction from the periphery to the center of the scaffold. Thus, the diffusion of oxygen and nutrients into the inner parts of the templates becomes limited8. Therefore, it is clear that the architecture of the scaffolds (pore size, porosity, interconnectivity, and permeability) that affect the transport and diffusion of substances throughout the scaffolds is critical for achieving well-distributed cell proliferation and differentiation9,10. Although calcium phosphates have been used in the past for scaffold fabrication, different processes and procedures have often resulted in calcium phosphate scaffolds with varying architectures. Thus, the selection of the manufacturing process becomes important in dictating the scaffold architecture needed for successful bone tissue regeneration.
In conclusion, there are still two major shortcomings of bone tissue engineering that need to be addressed: the initial cell recruitment into the template prior to cell attachment and colonization and the quality of substance flow both into and out of the template.

<table><tbody><tr><td>polyurethan sponge</td><td>Plastifoam</td><td>PU-3215</td><td></td></tr><tr><td>Sodium Hydroxide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>167176</td><td></td></tr><tr><td>Hydroxyapatite Powder</td><td>Ossgen</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Polyvinyl Alcohol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>341584</td><td></td></tr><tr><td>Carboxymethyl cellulose sodium salt</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>360384</td><td></td></tr><tr><td>ammonium polyacrylate</td><td>Vanderbilt</td><td>DARVAN 821A</td><td></td></tr><tr><td>Glycerin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G2289</td><td></td></tr></tbody></table>

distinctive capillary action by micro-channels in bone-like templates can enhance recruitment of cells for restoration of large bony defect

잘 분산 안정적으로 삽입 된 템플릿에 고정하는 활성, 번성하는 세포 집단이 없으면, 뛰어난 골 재생가 발생하지 않습니다. 종래 템플릿 깊은 템플릿 내부 세포 침윤, 배포 및 inhabitance 부족 내부 마이크로 채널 결과의 부재. 따라서, 마이크로 채널 다공성 및 균일 상호 소주 뼈 같은 템플릿 (생물 미세 템플릿, BMT)이 장애물을 해결하기 위해 개발되었다. 신규 BMT 혁신적인 개념 (모세관)에 의해 생성 및 스폰지 템플릿 코팅 기술로 제조 하였다. 간 연결 차 공극 (300 ~ 400 μm의)에 소주 뼈에 구멍, 각 trabecula 내에서 마이크로 채널 (25-70 μm의), 및 나노 기공 (100-400 nm의) 모방 : BMT는 몇 가지 구조적인 구성 요소로 이루어져 있습니다 세포를 고정 할 수 있도록 표면. 또한, BMT는 시뮬레이션이 기계적 시험 연구에 의해보고되었다인간의 소주 골 (~ 3.8 MPa의) (12)의 것과 ILAR 기계적 강도 특성. BMT는 다리 모양 (Π) 템플릿 (3cm 높이 4cm 길이)에 걸쳐 높은 흡수, 보유, 세포의 거주를 보였다. 처음이었다 세포는 즉시 셀 미디어 BMT의 모세관 작용에 의해 타 단부 ​​(10 × 거리) 동원 템플릿의 일단에 시드. 4 시간 후, 세포를 균일하게 전체 BMT를 점유하고 정상 세포의 거동을 나타냈다. 모세관 작용은 미디어 및 BMT 걸쳐 분포 (활성 마이그레이션)에 현탁 세포의 침투를 차지했다. BMT의 이러한 기능을 관찰하는 데, 우리는 BMTs 생리적 조건 하에서 외주로부터 골수 세포, 성장 인자, 영양소 흡수 것으로 예상된다. BMT는 빠른 침투, 균일 한 분포와 inhabita를 통해 현재의 한계를 해결할 수 있습니다큰 부피 템플릿에서 세포의 후부는 거대한 골격 결함을 복구합니다.

BMT의 전체 구조는 뼈 골소주 같은 내부 구조와 고유 입체 템플릿을 나타낸다. BMT는 매크로 기공, 마이크로 채널, 나노 기공을 포함하고 있습니다. 맑은 완전히 상호 연결된 매크로 기공의 구성 (320 μm의 평균 크기), 마이크로 채널들 (50 ㎛의 평균 직경), 및 나노 기공 (100 nm의 평균 크기)를 주 사형 전자 현미경으로 확인 하였다 (EVO-40; ZEISS)뿐만 아니라 마이크로 단층 촬영을 통해. 그림 1은 BMT를 만드는 단계적으로 상세한 프로토콜을 보여줍니다. 소결 공정에 PU 스폰지 (P1 - P7;도 1)의 제조에서의 정확한 제어 프로토콜을 통해, 다음의 기능은 달성 될 수있다 : 매우 치밀하고 매끄러운 표면 HA 코팅 및 건조 후, 정확하게 모양과 3-D 템플릿을 크기; 소주 골 유사한 완전히 상호 연결된 기공 섬유주 네트워크; 마이크로 채널의 지혜힌 같은 Haversian 운하와 Volkmann의 운하 (그림 2 &amp; 3)로 내 뼈의 채널을 모방 각 trabecula. 또한, 상대적으로 높은 기계적 강도 (~ 3.8 MPa의) 인간 뼈 골소주 유사한는 압축 강도 시험에 의해 측정 하였다. 소주 뼈 척추 인간의 척추의 것과 매우 유사한 조직 형태 학적 매개 변수는 마이크로 CT 분석 (12)에 의해 확인되었다. 모세관 작용의 다른 크기는 시뮬레이션 연산을 이용하여도 4에 상이한 모세관 직경을 통해 입증되었다. 이러한 시뮬레이션을 통해, 우리는 BMT 차 공극 (300-400 μm의) 및 직경에 기초하여 마이크로 채널 (25-70 μm의) 내의 다양한 흡수 속도를 나타낼 것으로 예상. 작은 모세 혈관을 강하게 흡수 능력을 보였다. 도 5에 도시 된 바와 같이,이 가정은이 실험에서 확인되었다. 골수 이식은 매우 효과적인 전시미세 채널 구조의 모세관 작용을 통해 유체를 흡수 및 보유; stevenel의 청색 염색 용이 플로우 (도 5)를 추적하는 유체 매체로서 사용 하였다. 계산 시뮬레이션에 기초하여, 이러한 구성으로 BMT 흡수하고 10 초 이내의 거리에서 총 8.5 cm에 세포 현탁액을 유지하는 것으로 하였다. 때문에 내부 구조에 의한 강한 모세관, 염색 배지 3cm (높이)의 대향 단부에 도달 4cm (길이)이 1 분 40 초 이내에 1cm (폭) 브리지 형상 템플릿 X X. 또한, BMT에 활성 셀 동원과 통합 (그림 6)이 관찰되었다. 그 후, 균일 한 세포의 동원과 첨부 파일이 고르게 분포 형성에 향상된 증식과 매트릭스 형성의 결과. BMT이 세포 현탁액으로 포화 된 후 또한 BMT 통해 세포의 장거리 (~ 10cm) 이동은 즉시 검증 하였다. 괜찮다<html> eded 세포를 공기에 노출하고 배양 배지에 침지되지 않은 템플릿 세그먼트 살아 남았다. 이 실험에서는, 배양 배지는 지지체의 다리를 만지고 웰에 의해 독점적으로 세포에 제공 하였다. 마이크로 의해 나타나는 모세관 작용은 지지체의 상부 다리 부에 도달하는 새로운 배지에 허용. 문화 3 일 후, 템플릿은 빠르게 증식 세포를 점령되었다. 문화 7 일 후, 각 trabecula는 세포 외 매트릭스 래핑 된 세포 (13)와 임베디드. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/52947/52947fig1.jpg" /> 도 1 P7은 양호한 기계적 강도를 달성하는데 중요하다 후에 정확한 소결 프로파일을 유지하는 최종 열처리 (P7)에 PU 스폰지 (P1)의 전처리에서 전체적인 뼈 형상 템플릿 제작 프로토콜..F = &quot;https://www.jove.com/files/ftp_upload/52947/52947fig1large.jpg&quot;대상 = &quot;_ 빈&quot;&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/52947/52947fig2.jpg" /> . 그림 2 대표 스테레오 현미경, 80 PPI의 (AmScope SM-2TZ-M) 이미지 (4 개)는 폴리 우레탄 스폰지 (왼쪽), HA 코팅 및 BMT (가운데), 소결 BMT (오른쪽) 건조 크기 (크기 : 3. 길이 x 폭 1cm)에 높이 x 4cm의 CM. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52947/52947fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/52947/52947fig3.jpg" /> 생물 서식 그림 3. SEM 마이크로 CT 영상 (A) 생물 서식의 전체 이미지, <st<html> 룽&gt; 마이크로 채널 (B, C, D) 이미지. trabeculae 분명 마이크로 채널을 강조하기 위해, 템플릿은 입자 화했다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52947/52947fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/52947/52947fig4.jpg" /> .도 상이한 채널 직경 모세관 4. 전산 계산 같은 기간 (0.4 MS), 큰 모세관 동안 이내에서 0.16 mm까지 매체 (블루)를 흡수 (D = 300 μm의 기본 기공을 지칭) 높이가 가장 작은 모세관 : 높이 0.415 mm까지 매체를 흡수 (D = 30 μm의 마이크로 채널을 의미한다). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52947/52947fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> NT &quot;FO : 유지 - together.within 페이지 =&quot;항상 &quot;&gt; <img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/52947/52947fig5.jpg" /> 470 μm의 80 PPI ≈ 320 μm의 100 PPI의 ≈ ≈ 60 PPI :도 5 이미지는 기본 기공 및 마이크로 채널 (차 공극 크기가 평균 직경을 지칭의 다른 크기에 기초하여 모세관 작용의 흡수 능력의 차이를 보여 주었다 )이 200㎛이. 황색 라인 프라이 기공 및 마이크로 채널의 조합에 의해 유도 된 모세관 작용을 나타낸다. 적색 선은 각 trabecula 전시 주로 미세 채널에 의해 유도 된 모세관 작용을 나타낸다. (F)에 도시 된 바와 같이, 템플릿 (100) PPI는 39 초 이내에 템플릿의 완전한 포화 결과 강한 모세관 작용을 유도. 80 PPI 60 PPI 템플릿은 후 시험 하였다. (B) 0 초, (C) 0.5 초, (D) 1.5 초, (E) 17.0 초, (F) 39.0 초, (G) 50.0 초, 및 (H) 1 분 침지 후 18 초. (템플릿 차원 : 1CM X 1cm X 높이 입방에 4cm). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52947/52947fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 6" src="/files/ftp_upload/52947/52947fig6.jpg" /> 그림 6. 초기 시드 세포가 시드 화 다리의 끝에 도달 시드 우물 모세관 작용에 의해 유도 된 생물 서식을 통해 시드 화 우물 (부품 V)에 (1 부).에서 수신 및 세포의 이민 (부품 V) 직후 전체 채도. 3일 후, 세포의 합류는 템플릿 전체에 걸쳐 분명했다. 후 7 일, 시공간 콜라겐 매트릭스 형성은 세포 집단 (H &amp; E 염색) 내에서 발생 하였다. (템플릿 치수 : 높이 길이 폭 X 1cm의 X 4cm에서 3cm가). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52947/52947fig6large.jpg" target="_blank">카스티하세요</a>이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 ICK.

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Distinctive Capillary Action by Micro-channels in Bone-like Templates can Enhance Recruitment of Cells for Restoration of Large Bony Defect

A step-by-step generic process to create a bone-like template with engineered micro-channels is presented. High absorption and retention capabilities of the template are demonstrated by capillary action via micro-channels.

마이크로 채널로 독특한 모세관 액션 뼈 같은 템플릿 대형 나폴레옹 결함의 복원에 대한 세포의 모집을 향상시킬 수 있습니다

Without an active, thriving cell population that is well-distributed and stably anchored to the inserted template, exceptional bone regeneration does not ...

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

9.7K 조회수.  Columbia University. A step-by-step generic process to create a bone-like template with engineered micro-channels is presented. High absorption and retention capabilities of the template are demonstrated by capillary action via micro-channels. 

비디오: Distinctive Capillary Action by Micro-channels in Bone-like Templates can Enhance Recruitment of Cells for Restoration of Large Bony Defect

Use of Human Perivascular Stem Cells for Bone Regeneration

Human perivascular stem cells (PSCs) can be isolated in sufficient numbers from multiple tissues for purposes of skeletal tissue engineering1-3. PSCs are a FACS-sorted population of 'pericytes' (CD146+CD34-CD45-) and 'adventitial cells' (CD146-CD34+CD45-), each of which we have previously reported to have properties of mesenchymal stem cells. PSCs, like MSCs, are able to undergo osteogenic differentiation, as well as secrete pro-osteogenic cytokines1,2. In the present protocol, we demonstrate the osteogenicity of PSCs in several animal models including a muscle pouch implantation in SCID (severe combined immunodeficient) mice, a SCID mouse calvarial defect and a femoral segmental defect (FSD) in athymic rats. The thigh muscle pouch model is used to assess ectopic bone formation. Calvarial defects are centered on the parietal bone and are standardly 4 mm in diameter (critically sized)8. FSDs are bicortical and are stabilized with a polyethylene bar and K-wires4. The FSD described is also a critical size defect, which does not significantly heal on its own4. In contrast, if stem cells or growth factors are added to the defect site, significant bone regeneration can be appreciated. The overall goal of PSC xenografting is to demonstrate the osteogenic capability of this cell type in both ectopic and orthotopic bone regeneration models.

Human perivascular stem cells (PSCs) are a novel stem cell class for skeletal tissue regeneration similar to mesenchymal stem cells (MSCs). PSCs can be isolated by FACS (fluorescence activated cell sorting) from adipose tissue procured during standard liposuction procedures, then combined with an osteoinductive scaffold to achieve bone formation in vivo.

뼈 재생을위한 인적 Perivascular 줄기 세포의 이용

Human perivascular stem cells (PSCs) can be isolated in sufficient numbers from multiple tissues for purposes of skeletal tissue engineering1-3. PSCs are ...

연구

생체공학

Capillary Force Lithography for Cardiac Tissue Engineering

Cardiovascular disease remains the leading cause of death worldwide1. Cardiac tissue engineering holds much promise to deliver groundbreaking medical discoveries with the aims of developing functional tissues for cardiac regeneration as well as in vitro screening assays. However, the ability to create high-fidelity models of heart tissue has proven difficult. The heart&#8217;s extracellular matrix (ECM) is a complex structure consisting of both biochemical and biomechanical signals ranging from the micro- to the nanometer scale2. Local mechanical loading conditions and cell-ECM interactions have recently been recognized as vital components in cardiac tissue engineering3-5.
A large portion of the cardiac ECM is composed of aligned collagen fibers with nano-scale diameters that significantly influences tissue architecture and electromechanical coupling2. Unfortunately, few methods have been able to mimic the organization of ECM fibers down to the nanometer scale. Recent advancements in nanofabrication techniques, however, have enabled the design and fabrication of scalable scaffolds that mimic the in vivo structural and substrate stiffness cues of the ECM in the heart6-9.
Here we present the development of two reproducible, cost-effective, and scalable nanopatterning processes for the functional alignment of cardiac cells using the biocompatible polymer poly(lactide-co-glycolide) (PLGA)8 and a polyurethane (PU) based polymer. These anisotropically nanofabricated substrata (ANFS) mimic the underlying ECM of well-organized, aligned tissues and can be used to investigate the role of nanotopography on cell morphology and function10-14.
Using a nanopatterned (NP) silicon master as a template, a polyurethane acrylate (PUA) mold is fabricated. This PUA mold is then used to pattern the PU or PLGA hydrogel via UV-assisted or solvent-mediated capillary force lithography (CFL), respectively15,16. Briefly, PU or PLGA pre-polymer is drop dispensed onto a glass coverslip and the PUA mold is placed on top. For UV-assisted CFL, the PU is then exposed to UV radiation (&#955; = 250-400 nm) for curing. For solvent-mediated CFL, the PLGA is embossed using heat (120 &#176;C) and pressure (100 kPa). After curing, the PUA mold is peeled off, leaving behind an ANFS for cell culture. Primary cells, such as neonatal rat ventricular myocytes, as well as human pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes, can be maintained on the ANFS2.

In this protocol, we demonstrate the fabrication of biomimetic cardiac cell culture substrata made from two distinct polymeric materials using capillary force lithography. The described methods provide a scalable, cost-effective technique to engineer the structure and function of macroscopic cardiac tissues for in vitro and in vivo applications.

심장 조직 공학을위한 모세관 력 리소그래피

Cardiovascular disease remains the leading cause of death worldwide1. Cardiac tissue engineering holds much promise to deliver groundbreaking medical ...

Rapid Isolation of BMPR-IB+ Adipose-Derived Stromal Cells for Use in a Calvarial Defect Healing Model

Invasive cancers, major injuries, and infection can cause bone defects that are too large to be reconstructed with preexisting bone from the patient's own body. The ability to grow bone de novo using a patient's own cells would allow bony defects to be filled with adequate tissue without the morbidity of harvesting native bone. There is interest in the use of adipose-derived stromal cells (ASCs) as a source for tissue engineering because these are obtained from an abundant source: the patient's own adipose tissue. However, ASCs are a heterogeneous population and some subpopulations may be more effective in this application than others. Isolation of the most osteogenic population of ASCs could improve the efficiency and effectiveness of a bone engineering process. In this protocol, ASCs are obtained from subcutaneous fat tissue from a human donor. The subpopulation of ASCs expressing the marker BMPR-IB is isolated using FACS. These cells are then applied to an in vivo calvarial defect healing assay and are found to have improved osteogenic regenerative potential compared with unsorted cells.

Adipose-derived stromal cells may be useful for engineering new tissue from a patient's own cells. We present a protocol for the isolation of a subpopulation of human adipose-derived stromal cells (ASCs) with increased osteogenic potential, followed by application of the cells in an in vivo calvarial healing assay.

BMPR-IB +의 신속한 격리 두개골 결함 치유 모델에서 사용을위한 기질 세포를 지방이는 유래

Invasive cancers, major injuries, and infection can cause bone defects that are too large to be reconstructed with preexisting bone from the patient's own ...

발생학

Repair of a Critical-sized Calvarial Defect Model Using Adipose-derived Stromal Cells Harvested from Lipoaspirate

Craniofacial skeletal repair and regeneration offers the promise of de novo tissue formation through a cell-based approach utilizing stem cells. Adipose-derived stromal cells (ASCs) have proven to be an abundant source of multipotent stem cells capable of undergoing osteogenic, chondrogenic, adipogenic, and myogenic differentiation. Many studies have explored the osteogenic potential of these cells in vivo with the use of various scaffolding biomaterials for cellular delivery. It has been demonstrated that by utilizing an osteoconductive, hydroxyapatite-coated poly(lactic-co-glycolic acid) (HA-PLGA) scaffold seeded with ASCs, a critical-sized calvarial defect, a defect that is defined by its inability to undergo spontaneous healing over the lifetime of the animal, can be effectively show robust osseous regeneration. This in vivo model demonstrates the basis of translational approaches aimed to regenerate the bone tissue - the cellular component and biological matrix. This method serves as a model for the ultimate clinical application of a progenitor cell towards the repair of a specific tissue defect.

This protocol describes the isolation of adipose-derived stromal cells from lipoaspirate and the creation of a 4 mm critical-sized calvarial defect to evaluate skeletal regeneration.

Lipoaspirate에서 수확 지방 - 파생 Stromal 셀을 사용하여 임계 크기 Calvarial 결함 모델의 수리

Craniofacial skeletal repair and regeneration offers the promise of de novo tissue formation through a cell-based approach utilizing stem cells. ...

의학

Computed Tomography and Optical Imaging of Osteogenesis-angiogenesis Coupling to Assess Integration of Cranial Bone Autografts and Allografts

A major parameter determining the success of a bone-grafting procedure is vascularization of the area surrounding the graft. We hypothesized that implantation of a bone autograft would induce greater bone regeneration by abundant blood vessel formation. To investigate the effect of the graft on neovascularization at the defect site, we developed a micro&#8211;computed tomography (&#181;CT) approach to characterize newly forming blood vessels, which involves systemic perfusion of the animal with a polymerizing contrast agent. This method enables detailed vascular analysis of an organ in its entirety. Additionally, blood perfusion was assessed using fluorescence imaging (FLI) of a blood-borne fluorescent agent. Bone formation was quantified by FLI using a hydroxyapatite-targeted probe and &#181;CT analysis. Stem cell recruitment was monitored by bioluminescence imaging (BLI) of transgenic mice that express luciferase under the control of the osteocalcin promoter. Here we describe and demonstrate preparation of the allograft, calvarial defect surgery, &#181;CT scanning protocols for the neovascularization study and bone formation analysis (including the in vivo perfusion of contrast agent), and the protocol for data analysis.
The 3D high-resolution analysis of vasculature demonstrated significantly greater angiogenesis in animals with implanted autografts, especially with respect to arteriole formation. Accordingly, blood perfusion was significantly higher in the autograft group by the 7th day after surgery. We observed superior bone mineralization and measured greater bone formation in animals that received autografts. Autograft implantation induced resident stem cell recruitment to the graft-host bone suture, where the cells differentiated into bone-forming cells between the 7th and 10th postoperative day. This finding means that enhanced bone formation may be attributed to the augmented vascular feeding that characterizes autograft implantation. The methods depicted may serve as an optimal tool to study bone regeneration in terms of tightly bounded bone formation and neovascularization.

Implantation of autologous and allogeneic bone grafts constitute accepted approaches to treat major craniofacial bone loss. Yet the effect of graft composition on the interplay among neovascularization, cell differentiation and bone formation is unclear. We present a multimodal imaging protocol aimed to elucidate the angiogenesis-osteogenesis interdependence at the graft proximity.

컴퓨터 단층 촬영 및 골 형성 - 혈관 신생 커플 링의 광학 이미징 두개골 뼈자가 이식과 동종 이식 통합을 평가하기 위해

A major parameter determining the success of a bone-grafting procedure is vascularization of the area surrounding the graft. We hypothesized that ...

Preparation of 3D Collagen Gels and Microchannels for the Study of 3D Interactions In Vivo

Historically, most cellular processes have been studied in only 2 dimensions. While these studies have been informative about general cell signaling mechanisms, they neglect important cellular cues received from the structural and mechanical properties of the local microenvironment and extracellular matrix (ECM). To understand how cells interact within a physiological ECM, it is important to study them in the context of 3 dimensional assays. Cell migration, cell differentiation, and cell proliferation are only a few processes that have been shown to be impacted by local changes in the mechanical properties of a 3-dimensional ECM. Collagen I, a core fibrillar component of the ECM, is more than a simple structural element of a tissue. Under normal conditions, mechanical cues from the collagen network direct morphogenesis and maintain cellular structures. In diseased microenvironments, such as the tumor microenvironment, the collagen network is often dramatically remodeled, demonstrating altered composition, enhanced deposition and altered fiber organization. In breast cancer, the degree of fiber alignment is important, as an increase in aligned fibers perpendicular to the tumor boundary has been correlated to poorer patient prognosis1. Aligned collagen matrices result in increased dissemination of tumor cells via persistent migration2,3. The following is a simple protocol for embedding cells within a 3-dimensional, fibrillar collagen hydrogel. This protocol is readily adaptable to many platforms, and can reproducibly generate both aligned and random collagen matrices for investigation of cell migration, cell division, and other cellular processes in a tunable, 3-dimensional, physiological microenvironment.

Preparation of 3D Collagen Gels and Microchannels for the Study of 3D Interactions In Vivo

Collagen is a core component of the ECM, and provides essential cues for several cellular processes ranging from migration to differentiation and proliferation. Provided here is a protocol for embedding cells within 3D collagen hydrogels, and a more advanced technique for generating randomized or aligned collagen matrices using PDMS microchannels.

3D 상호 작용의 연구에 대한 3D 콜라겐 젤과 마이크로 채널 준비<em&gt; 생체</em

Historically, most cellular processes have been studied in only 2 dimensions.  While these studies have been informative about general cell signaling ...

Micropatterning and Assembly of 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 based substrates, and hydrogel-based tube formation assays. These assays, while informative, do not recapitulate lumen geometry, proper extracellular matrix, and multi-cellular proximity, which play key roles in modulating vascular function. This manuscript describes an injection molding method to generate engineered vessels with diameters on the order of 100 &#181;m. Microvessels are fabricated by seeding endothelial cells in a microfluidic channel embedded within a native type I collagen hydrogel. By incorporating parenchymal cells within the collagen matrix prior to channel formation, specific tissue microenvironments can be modeled and studied. Additional modulations of hydrodynamic properties and media composition allow for control of complex vascular function within the desired microenvironment. This platform allows for the study of perivascular cell recruitment, blood-endothelium interactions, flow response, and tissue-microvascular interactions. Engineered microvessels offer the ability to isolate the influence from individual components of a vascular niche and precisely control its chemical, mechanical, and biological properties to study vascular biology in both health and disease.

This manuscript presents an injection molding method to engineer microvessels that recapitulate physiological properties of endothelium. The microfluidic-based process creates patent 3D vascular networks with tailorable conditions, such as flow, cellular composition, geometry, and biochemical gradients. The fabrication process and examples of potential applications are described.

미세화 및 3D 미세 혈관의 조립

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

Visualizing Angiogenesis by Multiphoton Microscopy In Vivo in Genetically Modified 3D-PLGA/nHAp Scaffold for Calvarial Critical Bone Defect Repair

The reconstruction of critically sized bone defects remains a serious clinical problem because of poor angiogenesis within tissue-engineered scaffolds during repair, which gives rise to a lack of sufficient blood supply and causes necrosis of the new tissues. Rapid vascularization is a vital prerequisite for new tissue survival and integration with existing host tissue. The de novo generation of vasculature in scaffolds is one of the most important steps in making bone regeneration more efficient, allowing repairing tissue to grow into a scaffold. To tackle this problem, the genetic modification of a biomaterial scaffold is used to accelerate angiogenesis and osteogenesis. However, visualizing and tracking in vivo blood vessel formation in real-time and in three-dimensional (3D) scaffolds or new bone tissue is still an obstacle for bone tissue engineering. Multiphoton microscopy (MPM) is a novel bio-imaging modality that can acquire volumetric data from biological structures in a high-resolution and minimally-invasive manner. The objective of this study was to visualize angiogenesis with multiphoton microscopy in vivo in a genetically modified 3D-PLGA/nHAp scaffold for calvarial critical bone defect repair. PLGA/nHAp scaffolds were functionalized for the sustained delivery of a growth factor pdgf-b gene carrying lentiviral vectors (LV-pdgfb) in order to facilitate angiogenesis and to enhance bone regeneration. In a scaffold-implanted calvarial critical bone defect mouse model, the blood vessel areas (BVAs) in PHp scaffolds were significantly higher than in PH scaffolds. Additionally, the expression of pdgf-b and angiogenesis-related genes, vWF and VEGFR2, increased correspondingly. MicroCT analysis indicated that the new bone formation in the PHp group dramatically improved compared to the other groups. To our knowledge, this is the first time multiphoton microscopy was used in bone tissue-engineering to investigate angiogenesis in a 3D bio-degradable scaffold in vivo and in real-time.

Visualizing Angiogenesis by Multiphoton Microscopy In Vivo in Genetically Modified 3D-PLGA/nHAp Scaffold for Calvarial Critical Bone Defect Repair

Here, we present a protocol to visualize blood vessel formation in vivo and in real-time in 3D scaffolds by multiphoton microscopy. Angiogenesis in genetically modified scaffolds was studied in a murine calvarial critical bone defect model. More new blood vessels were detected in the treatment group than in controls.

Calvarial 중요 한 뼈 결함 수리 다 현미경 Vivo에서 유전자 변형 3D-PLGA/nHAp 비 계에 의해 신생 시각화

The reconstruction of critically sized bone defects remains a serious clinical problem because of poor angiogenesis within tissue-engineered scaffolds ...

3D Microtissues for Injectable Regenerative Therapy and High-throughput Drug Screening

To upgrade traditional 2D cell culture to 3D cell culture, we have integrated microfabrication with cryogelation technology to produce macroporous microscale cryogels (microcryogels), which can be loaded with a variety of cell types to form 3D microtissues. Herein, we present the protocol to fabricate versatile 3D microtissues and their applications in regenerative therapy and drug screening. Size and shape-controllable microcryogels can be fabricated on an array chip, which can be harvested off-chip as individual cell-loaded carriers for injectable regenerative therapy or be further assembled on-chip into 3D microtissue arrays for high-throughput drug screening. Due to the high elastic nature of these microscale cryogels, the 3D microtissues exhibit great injectability for minimally invasive cell therapy by protecting cells from mechanical shear force during injection. This ensures enhanced cell survival and therapeutic effect in the mouse limb ischemia model. Meanwhile, assembly of 3D microtissue arrays in a standard 384-multi-well format facilitates the use of common laboratory facilities and equipment, enabling high-throughput drug screening on this versatile 3D cell culture platform.

This protocol describes the fabrication of elastic 3D macroporous microcryogels by integrating microfabrication with cryogelation technology. Upon loading with cells, 3D microtissues are generated, which can be readily injected in vivo to facilitate regenerative therapy or assembled into arrays for in vitro high-throughput drug screening.

주 사용 재생 치료와 높은 처리량 마약 검사에 대 한 3D Microtissues

To upgrade traditional 2D cell culture to 3D cell culture, we have integrated microfabrication with cryogelation technology to produce macroporous ...

Traction Microscopy Integrated with Microfluidics for Chemotactic Collective Migration

Cells change migration patterns in response to chemical stimuli, including the gradients of the stimuli. Cellular migration in the direction of a chemical gradient, known as chemotaxis, plays an important role in development, the immune response, wound healing, and cancer metastasis. While chemotaxis modulates the migration of single cells as well as collections of cells in vivo, in vitro research focuses on single-cell chemotaxis, partly due to the lack of the proper experimental tools. To fill that gap, described here is a unique experimental system that combines microfluidics and micropatterning to demonstrate the effects of chemical gradients on collective cell migration. Furthermore, traction microscopy and monolayer stress microscopy are incorporated into the system to characterize changes in cellular force on the substrate as well as between neighboring cells. As proof-of-concept, the migration of micropatterned circular islands of Madin-Darby canine kidney (MDCK) cells is tested under a gradient of hepatocyte growth factor (HGF), a known scattering factor. It is found that cells located near the higher concentration of HGF migrate faster than those on the opposite side within a cell island. Within the same island, cellular traction is similar on both sides, but intercellular stress is much lower on the side of higher HGF concentration. This novel experimental system can provide new opportunities to studying the mechanics of chemotactic migration by cellular collectives.

Collective cell migration in development, wound healing, and cancer metastasis is often guided by the gradients of growth factors or signaling molecules. Described here is an experimental system combining traction microscopy with a microfluidic system and a demonstration of how to quantify the mechanics of collective migration under biochemical gradient.

화학적 집단 이동을 위한 미세 유체와 통합된 견인 현미경 검사법

Cells change migration patterns in response to chemical stimuli, including the gradients of the stimuli. Cellular migration in the direction of a chemical ...