저자는이 연구가 보조금 계약에 따라, 순찰 프로젝트에 대한 유럽 연합 (EU)의 호라이즌 2020 연구 및 혁신 프로그램에서 자금을 받은 것을 인정하고 싶습니다.

<ol>
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3D 간 모형을 위한 응용은 표적으로 되는 특정 생화확적인 끝점 또는 불리한 결과 통로에 따라 상당히 변화합니다. 각 모델은 1차 인간 간세포(PHH) 모델의 인터도어 변이에서 부터 세포선 기반 모델의 감소된 사이토크롬 p450 활성에 이르기까지 그 장점과 한계를 가지고 있지만, 모두 자신의 권리6,12,18,19에서가치가 있다. geno독성을 평가할 때 활성 증식이 요구되기 때문에 체외 마이크로핵 분석과 같은 규제 승인 된 종점과의 모델 호환성에 제한이 있습니다. 이것은 유전자 독성 평가가 DNA 복구가 일시적인 병변을 정정할 기회가 있을 때 세포 분열을 평가하기 위하여 고정된 DNA 손상의 정량화를 요구하기 때문에 필요합니다. 불행하게도, 고도로 분화된 간세포(즉, HepaRG) 기반의 스페로이드 또는 PHH 마이크로티슈는 가장 생리적으로 관련이 있는 간 유사 특성을 나타내는 것으로 간주되며, 이는 정적(비증식)모델(12,19,20)을형성한다. 그 결과, 여기에 제시된 3D HepG2 스페로이드 모델은 genotoxicity 테스트를 지원할 수 있는 적합한 대체 모델을 제공한다. HepG2 세포주 기반 스페로이드는 알부민 및 우레아 생산 및 일부 CYP450 활성5,12,19와같은 기본적인 간 유사 특성을 유지하면서 스페로이드의 외부 표면에 세포를 충분히 적극적으로 분할합니다. 주로 이 체외간 모델은 마이크로핵 분석체를 보완하기 위해 개발되었으며, 이는 지독성 검사를 위해 배터리에 권장되는 두가지 시험관 내 분석제 중 하나이기 때문에8,10,11,21. 그러나, 모델은 DNA 염기서열 분석 및 유전자 발현(RNA) 기술에 용이하게 적용될 수 있으며, 혜성 분석과 같은 다른 DNA 손상 종점에 더 적응되고 활용될 가능성이 있다. 그럼에도 불구하고 일부 종점 분석에서는 ENM 간섭이 수행하는 역할을 고려하는 것이 중요합니다. 예를 들어, 유동 세포측정기반 분석은 특히 입자간섭(22)으로인한 ENM 독독성 평가에 적합하지 않을 수 있다.
적극적으로 세포 분열을 겪는 스페로이드 모델의 한 제한 요소는 그들의 크기입니다. 모델의 확산을 계속할 수 있는 충분한 세포가 필요하기 때문에 시드 밀도의 최적화는 매우 중요합니다. 하지만 너무 높은 세포 수, 스페로이드 지나치게 컴팩트 되 고 결과, 증가 괴사 코어로 이어지는. 이 괴사의 원인은 산소및 영양확산이 제한되는 것으로 추정되며, 이 확산의 한계는 조직23,24의약 100 ~150 μm로 생각된다. 그러나, 이는 세포유형, 세포수, 스캐폴드 상호작용 및배양조건(25)에의존한다. 이후, 약 700 μm 직경이 C3A 스페로이드의 중심에서 괴사의 조기 발병을 피하기 위한 한계이며, 스페로이드 당 4000 HepG2 세포를 시드하면 노출 시 모델의 직경이 ≤500 μm26입니다. 더욱이, Shah et al.은 스페로이드 당 5000세포 이상 시드를 받은 HepG2 세포가 배양 7일 후 생존가능성을 25% 감소시켰으며, 이는 평균 직경 680 μm에 해당하며 20 μL 매달려 낙하5에서영양소의 가용성이 제한적일 수 있음을 확립하였다. 이를 극복하기 위해, 본 프로토콜에서 고안된 모델은 스페로이드의 초기 형성 에 따라 매달려 방울이 아가로즈 코팅 된 우물로 옮겨지는 중요한 단계를 거칩니다. 이것은 스페로이드 내의 세포의 계속 증가하는 수를 유지하기 위하여 배양 매체의 더 큰 양이 존재한다는 것을 보장합니다. 그 결과, HepG2 스페로이드 모델은 문화에서 10일 후에 70% 이상 실행 가능하며 시험관 내 장기 위험 평가를 위해 활용할 수있다.
HepG2 spheroid 모델은 급성 및 장기 노출 정권을 모두 지원할 수 있지만, 확장된 배양 기간 동안 의 상쾌한 세포 배양 배지는 스페로이드의 잠재적 손실로 인해 배지의 완전한 교체가 권장되지 않기 때문에 이 모델에 대해 제한된다. ENM 노출을 통해 동질적인 ENM 분산이 응집및 퇴적물을 증가시키는 경향이 높은 것으로 추정됩니다. 그러나 ENM 퇴적물(예를 들어, 크기, 형상 및 밀도)에 따라 ENM 퇴적물속도가 달라질 수 있으며, 이론적으로 시험관내 침전, 확산 및 도시성(ISDD) 모델 또는 ENM(서스펜션) 노출에 관한 경우 언급되는 최근 유도체를 사용하여 결정될 수 있는 비율이주목할만하다. 이를 염두에 두고, 세포 배양 배지의 50%만이 세포 배양의 표면에서 신중하게 제거된다면, ENM 용량의 중단 및 후속 제거는 이론적으로 최소화되어야 한다고 가정한다. 그러나, 브라우니아의 움직임을 통해, 이것은 엄격하게 경우가 아니며, 시험될 각 특정 ENM의 증착 및 퇴적에 대한 추가 작업이 장기 노출정권(27)에걸쳐 올바른 도시계가 유지되도록 해야 한다. 주로 이것은 최종, 축적 된 농도에 중요 할 수 있기 때문에 반복된 주체 정권을 수행 할 때 고려해야 할 잠재적 인 제한이다. 한편, 화학물질 기반 노출은 자체적인 제한없이는 고려해야 할 것이 아니라, 화학 물질이 용액에 남아 있는 경향이 있으며, 따라서 새로 추가된 농도 이외에 원래화학 농도의 직접적인 교체를 제공하여 미디어 다과 중에 손실된 화학물질이29에따라 대체되도록 한다. 향후 응용 분야에는 반복된 투약 전략이 특정 장기 시스템의 능력을 평가하여 특정 장기 시스템의 능력을 평가하여 xenobiotic 물질의 생체 축적에 의해 유도되는 부작용을 평가하는 데 매우 중요하므로 장기간 배양 기간에 반복적인 노출 정권에 대한 모델의 적합성평가가 포함됩니다.
결론적으로, 이 체외 간 모델은 다양한 사실적인 노출 시나리오를 평가하는 데 활용할 수 있는 능력을 가지며, 따라서 ENM 및 화학 적 위험 평가를 일상적이고 쉽게 접근 할 수있는 방식으로 더 나은 지원을위한 미래의 체외 접근 방식을 제공합니다.

An erratum was issued for:&#160;<a href="https://www.jove.com/t/61141/advanced-3d-liver-models-for-vitro-genotoxicity-testing-following">Advanced 3D Liver Models for In vitro Genotoxicity Testing Following Long-Term Nanomaterial Exposure</a>. The Representative Results section&#160;was updated.
Figure 6 in the Representative Results section was updated from:
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61141/61141fig6.jpg" />
to:
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61141/61141fig6v5.jpg" />
The fourth paragraph in the Representative Results section was updated from:
With the inevitable development of a necrotic core, a known limitation of 3D liver spheroid cultures, the viability of this HepG2 based model had to be established to demonstrate it was able to sustain long-term (5-10 day) exposure regimes whilst maintaining the proliferative capability required to support the micronucleus assay5. Indeed, this 3D liver spheroid model has been shown to retain &#62;70% viability over 10 days in culture. Based on this and in conjunction with the sustained liver-like functionality observed over the &#8805;14 day culture period, this 3D liver spheroid model can thus support long-term, repeated ENM exposure regimes up to 10 days long (i.e., before viability of the spheroids drop below 70%). For reference, it is advised that albumin levels for HepG2 spheroids seeded at 4000 cells/spheroid should be &#8805;0.06 mg/mL whilst urea production should be &#8805;0.4 ng/&#181;L before conducting an in vitro toxicological assessment with this model.
to:
With the inevitable development of a necrotic core, a known limitation of 3D liver spheroid cultures, the viability of this HepG2 based model had to be established to demonstrate it was able to sustain long-term (5-10 day) exposure regimes whilst maintaining the proliferative capability required to support the micronucleus assay5. Indeed, this 3D liver spheroid model has been shown to retain &#62;70% viability over 10 days in culture. Based on this and in conjunction with the sustained liver-like functionality observed over the &#8805;14 day culture period, this 3D liver spheroid model can thus support long-term, repeated ENM exposure regimes up to 10 days long (i.e., before viability of the spheroids drop below 70%). For reference, it is advised that albumin levels for HepG2 spheroids seeded at 4000 cells/spheroid should be &#8805;50.0&#160;ng/&#956;L whilst urea production should be &#8805;0.25&#160;ng/&#181;L before conducting an in vitro toxicological assessment with this model.

An erratum was issued for:&#160;<a href="https://www.jove.com/t/61141/advanced-3d-liver-models-for-vitro-genotoxicity-testing-following">Advanced 3D Liver Models for In vitro Genotoxicity Testing Following Long-Term Nanomaterial Exposure</a>. The Representative Results section&#160;was updated.

Erratum: Advanced 3D Liver Models for In vitro Genotoxicity Testing Following Long-Term Nanomaterial Exposure

다양한 설계 나노 물질(ENM)의 급속한 발전과 구현으로 인해 다양한 인간 기반 응용 분야(예: 식품, 화장품, 의류, 스포츠 장비, 전자, 운송 및 의약품)에 걸쳐 인간이 정기적으로 ENM에 노출될 수밖에 없습니다. 이와 함께, 수많은 응용 프로그램에서 이러한 물질을 유리하게 간주 하는 새로운 크기 특정 생리 화학 특성 인간의 건강과 환경에 악영향을 일으킬 수 있습니다. 현재 많은 국제 활동은 이러한 ENM에 더 생리적으로 관련된 노출을 적극적으로 반영하고 급성, 장기 및 반복된 저용량 노출 시나리오를 통해 이러한 물질의 잠재적 독성을 평가하기 위해 마련되어 있습니다.
간 독성학은 ENM 노출을 고려할 때 핵심이며, 간은 ENM 축적 포스트 노출1,2의주요 부위로 널리 알려져 있기 때문에. 더욱이, 간은 전신 순환을 입력하는 물질의 신진 대사 및 해독을 위한 1차 기관시스템3. 2D 간세포 모델이 복잡한 다세포 상호 작용의 복잡성을 정확하게 모방하지 않거나 생체 내에서 관찰되는 대사 활성을 적절히 나타내지 않는다는 수용된 이해에 기초하여, 생체 내 대체 기술에 대한 시험관 3D 간 모델을 견고하고 생리적으로 관련시키는 개발에 더 중점을 두고4,5. 고급 3D 배양 기술을 활용하여 시험관 내 간 모델의 수명을 향상시켜 장기적인 반복노출 제도를 조사할 수 있습니다. 또한, 이러한 고급 배양 형식은 담즙 카날리큘리, 능동 수송 공정 및 개선된 CYP450 약물 대사 기능과 같은 향상된 생리적, 조직화 기능의 형성을 촉진하여 모델6의예측가능성을 향상시킨다. 모노 배양(간세포만) 또는 공동 배양(비파렌키말 세포를 가진 간세포)으로 구성된 현재 3D 체외 간 모델은 여러 형식으로 존재하며, 초저 유착 판의 미세 조직 또는 스페로이드, 매달려 드롭 스페로이드, 행렬 및 /또는 비계 및 미세 유체 세포 배양 플랫폼에 내장 된 세포에 이르기까지, 모두는 간 독성 평가6,7에대한 효과적인 시험관 내 모델로 간주됩니다. 그러나 이러한 모델 시스템의 대부분은 높은 유지 보수, 특수 장비를 필요로하고 비싸다. 더욱이, 이들 모델은 고정된 DNA 손상을 정량화하는 방법을 활용하는 지적 독성 검사와 같은 위험 종점의 평가에서 사용을 방지하는 정적(즉, 비분할 세포 모델)이다. 유독성은 규제 독성학의 핵심 전제 조건이며, 독성8의위험 평가의 중요한 구성 요소입니다. 외인성 에이전트에 노출된 후 발생할 수 있는 모든 형태의 DNA 손상을 정량화하기 위해 적용될 수 있는 단일 분석이 없습니다. 그러나, 체외 물질 독성 검사 전지의 핵심 성분은 미세핵 분석이며, 이는 총 염색체 손상을 측정하는 신뢰할 수 있고 다각적인 기술이다9. 시험관 내 DNA 손상 및 지독성을 평가하기 위한 OECD 테스트 가이드라인(487)에 의해 기술된 금표준 기술이며, 규제 위험평가(10,11)에대한 테스트 배터리 요구 사항의 일부이다.
인간 간세포 암종 세포주, HepG2는 세포가 쉽게 사용할 수 있고, 상대적으로 저렴하며, 배양에 간단하고 높은 처리량스크리닝(12,13)으로가능하기 때문에 초기 위험 평가 스크리닝에 널리 사용된다. 3D 구형 구조로 배양하면 간 미세 환경을 잘 재구성하고 미세 핵 분석3을지원하기에 충분한 증식 기능을 갖춘 간 모델을 제공하는 것으로 나타났습니다. HepG2 스페로이드 모델의 추가 개발은 장기적이고 반복적인 노출 정권(≤14일)에 걸쳐 물질독성 위험 평가를 지원하기 위해 모델의 장수 및 간과 같은 기능을 개선하기 위해 설립되었습니다. 따라서, 동물 실험을 대체, 감소 및 정제하는 3R의 원칙에 따라, 본 프로토콜은 급성, 장기 및 반복화학 적 및 ENM 루틴에 따라 여러 독성 학적 종점 (예를 들어, 간 기능성, (pro-)염증 성 마커, 세포 독성 및 독독성을 안정적으로 평가 할 수있는 시험관 내 간 모델의 고급 3D를 제공하기 위해 설립되었습니다.
여기서, 급성 또는 장기, 반복된 ENM 노출에 이어, 지독성 위험 평가를 위한 체외 모델 시스템을 기반으로 생리적으로 관련된 3D 간세포 세포주를 확립하는 방법을 제시한다. 프로토콜은 6 개의 주요 단계로 나눌 수 있습니다 : 냉동 보존 HepG2 세포를 배양; HepG2 스페로이드 제제; HepG2 스페로이드 전달 은 아가로즈 서스펜션에 매달려 드롭에서; 헵G2 스페로이드 수확; 미세 핵 분석 및 점수; 데이터 분석.

<table><tbody><tr><td>Aflotoxin B1</td><td>Sigma Aldrich, UK</td><td>A6636-5MG</td><td></td></tr><tr><td>Agarose</td><td>Sigma Aldrich, UK</td><td>A9539-50G</td><td></td></tr><tr><td>Autoclave Tape</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>BCG Albumin Assay</td><td>Sigma Aldrich, UK</td><td>MAK124</td><td></td></tr><tr><td>Bovine Serum Albumin Powder</td><td>Sigma Aldrich, UK</td><td>A9418</td><td></td></tr><tr><td>Cell Freezing Aid</td><td>Thermo Fisher Scientific, UK</td><td>5100-0001 - Mr Frosty</td><td></td></tr><tr><td>Centrifuge</td><td>Eppendorf</td><td>5810 R</td><td></td></tr><tr><td>Cytochalasin B</td><td>Merck, UK</td><td>250233</td><td></td></tr><tr><td>Cytology Metal Clips</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cytospin 4 Centrifuge</td><td>ThermoFisher Scientific, UK</td><td>CM00730202</td><td></td></tr><tr><td>DMEM with 4.5g/L D-Glucose, L-Glutamine</td><td>GIBCO, Paisley, UK</td><td>41965-039</td><td></td></tr><tr><td>DMEM, phenol-red free with 4.5g/L D-Glucose, L-Glutamine with Hepes</td><td>GIBCO, Paisley, UK</td><td>21063-029</td><td></td></tr><tr><td>DPX Mounting Medium</td><td>FisherScientific, UK</td><td>D/5330/05</td><td></td></tr><tr><td>Ethanol</td><td>FisherScientific, UK</td><td>10048291</td><td></td></tr><tr><td>FBS</td><td>GIBCO, Paisley, UK</td><td>10270-106</td><td></td></tr><tr><td>Filter Cards for Shandon Cytospin</td><td>FisherScientific, UK</td><td>15995742</td><td></td></tr><tr><td>Frosted Glass Slides</td><td>ThermoFisher Scientific, UK</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Giemsa&#039;s Stain Improved R66 Solution, Gurr</td><td>VWR Chemicals, UK</td><td>MFCD00081642</td><td></td></tr><tr><td>Glass Coverslips (24 x 60)</td><td>Deckglaser, VWR</td><td>ECN631-1575</td><td></td></tr><tr><td>Haemocytometer and Coverslip</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Immersion Oil for Microscope</td><td>Zeiss, UK</td><td>518F, ISO8034</td><td></td></tr><tr><td>Laminar Class II Tissue Culture Hood</td><td>Scanlaf Mars</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Light Microscope</td><td>Zeiss, UK</td><td>Axiovert 40C</td><td></td></tr><tr><td>Liquid Nitrogen</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Methanol</td><td>FisherScientific, UK</td><td>10284580</td><td></td></tr><tr><td>Microwave</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Non-Filtered, Sterile 200&amp;micro;l and 1000&amp;micro;l Pipette tips</td><td>Greiner-Bio-One, UK</td><td></td><td></td></tr><tr><td>NuncMicroWell 96-Well Microplates</td><td>ThermoFisher Scientific, Denmark</td><td>167008</td><td></td></tr><tr><td>P1000 and P200 micropipettes</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>P300 and P50 multi-channel pipettes</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>PBS pH 7.4 1X, MgCl&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; and CaCl&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; Free</td><td>GIBCO, Paisley, UK</td><td>14190-094</td><td></td></tr><tr><td>Pen/Strep</td><td>GIBCO, Paisley, UK</td><td>15140-122, Penicillin/Strepmyocin 100X or 10,000U/ml</td><td></td></tr><tr><td>Phosphatase Buffer Tablets</td><td>GIBCO, Paisley, UK</td><td>10582-013</td><td></td></tr><tr><td>Pipette Boy</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Simport Scientific CytoSep Funnels for Shandon Cytospin 4 Centrifuges</td><td>FisherScientific, UK</td><td>11690581</td><td></td></tr><tr><td>Sonifier SFX 550 240V CE 1/2&quot; - Probe</td><td>Branson, USA</td><td>101-063-971R</td><td></td></tr><tr><td>T-25 and T-75 Tissue Culture Flask</td><td>Greiner-Bio-One, UK</td><td>T-25 (690175) and T-75 (660175)</td><td></td></tr><tr><td>Trypan Blue Solution</td><td>Sigma Aldrich, UK</td><td>T8154-100mL</td><td></td></tr><tr><td>Urea Assay Kit</td><td>Sigma Aldrich, UK</td><td>MAK006</td><td></td></tr><tr><td>Virkon Disinfectant</td><td>DuPont, UK</td><td>Rely+On Virkon</td><td></td></tr><tr><td>Water Bath (37?C)</td><td>Grant JBNova 18</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Weighing Balance</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Xylene</td><td>FisherScientific, UK</td><td>10588070</td><td></td></tr><tr><td>0.05% Trypsin-EDTA</td><td>GIBCO, Paisley, UK</td><td>5300-054</td><td></td></tr><tr><td>0.2mL and 1.0mL Eppendorf Tubes</td><td>Greiner-Bio-One, UK</td><td></td><td></td></tr><tr><td>0.45&amp;micro;m Filter Unit</td><td>Millex HA, MF-Millipore, UK</td><td>SLHA033SS</td><td></td></tr><tr><td>1.0mL Syringe</td><td>BD Plastipak, FisherScientific, UK</td><td>300185</td><td></td></tr><tr><td>20mL LS Scintillation Glass Vials, 22-400 Foil Lined PP Caps</td><td>DWK Life Sciences GmbH, Germany</td><td>WHEA986581</td><td></td></tr><tr><td>37?C and 5% CO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; ISO Class 5 Hepa Filter Incubator</td><td>NUAIRE DHD Autoflow</td><td></td><td></td></tr><tr><td>3mL Pasteur Pipette</td><td>Greiner-Bio-One, UK</td><td></td><td></td></tr><tr><td>50mL Conical Falcon Tubes</td><td>Greiner-Bio-One, UK</td><td></td><td></td></tr><tr><td>50mL or 100mL Glass Bottles</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>50mL Skirted Falcon Tubes</td><td>Greiner-Bio-One, UK</td><td></td><td></td></tr><tr><td>5mL, 10mL and 25mL Pipettes</td><td>Greiner-Bio-One, UK</td><td></td><td></td></tr><tr><td>9.4cm Square, Petri Dish</td><td>Greiner-Bio-One, UK</td><td>688161</td><td></td></tr></tbody></table>

advanced 3d liver models for in vitro genotoxicity testing following long-term nanomaterial exposure

다양한 엔지니어링 나노 물질(ENM)의 급속한 개발과 구현으로 인해 ENM에 대한 노출이 불가피하며 견고하고 예측가능한 시험 시스템 개발이 필수적입니다. 간 독성은 ENM 노출을 고려할 때 중요합니다, 간은 신진 대사 항상성 및 해독에 중요한 역할을하고 뿐만 아니라 ENM 축적 포스트 노출의 주요 사이트인. 이를 바탕으로 2D 간세포 모델이 생체내에서 관찰되는 복잡한 다세포 상호 작용 및 대사 활동의 복잡성을 정확하게 모방하지 않는다는 것을 받아들인 이해에 기초하여, 체외에서 ENM 위험 평가 목적으로 맞춤화된 생리학적으로 관련된 3D 간 모델의 개발에 더 중점을 두고 있다. 동물 실험을 대체, 감소 및 정제하는 3R의 원칙에 따라, 3D HepG2 세포주 기반 간 모델이 개발되었으며, 이는 확장 및 반복ENM 노출 정권(≤14일)을 모두 지원할 수 있는 사용자 친화적이고 비용 효율적인 시스템입니다. 이러한 스페로이드 모델(직경 ≥500 μm)은 생체 외에서 게놈 독성을 효과적으로 평가하기 위해 '금본위제' 미세핵 분석과 결합될 수 있도록 증식 능력(즉, 셀 모델을 분할)을 유지합니다. 독성 종말의 범위에 보고하는 그들의 능력 (예를 들어, 간 기능, (pro-) 염증 반응, 세포 독성 및 지독 독성) 급성 (24 h) 및 장기 (120 h) 노출 정권에 걸쳐 여러 ENM을 사용 하 여 특징되었습니다. 이 체외 간 모델은 보다 사실적인 ENM 노출을 평가하는 데 활용할 수 있는 능력을 가지며, 따라서 일상적이고 쉽게 접근 할 수있는 방식으로 ENM 위험 평가를 더 잘 지원하기 위한 미래의 체외 접근 방식을 제공합니다.

장기 배양 및 유노독성 위험 평가를 위한 본 세포주 기반 3D 간 스페로이드 모델의 적합성은 배지 특성화를 수행하여 배양에서 14일 동안 모델의 생존가능성 및 간과 같은 기능을 결정하고 마이크로핵 분석에 대한 적용성을 평가하였다.
3D HepG2 간 스페로이드 모델의 기준특성화 시험관 내 독성 평가에 앞서, 아가로즈 전달 또는 화학/ENM 치료를 수행하기 전에 3D HepG2 스페로이드가 제대로 형성되어 있는지 확인하는 것이 중요하다. 매달려 있는 낙하 방법을 사용하여 생산된 HepG2 스페로이드는 일반적으로 2-3일 후 시드(4000세포/스페로이드)가 평균 직경 495.52 μm W x 482.69 μm H를 형성하는 데 걸린다. 체외 독성 평가에 올바르게 형성되고 허용되는 HepG2 구형구조는 매끄러운 표면과 시각적 프로젝션이 없는 컴팩트하고 구형 모양의 구조를 가져야 합니다. 도 5는 양질의예(도 5D-F)와품질 저하(그림5G-I)스페로이드의 예를 제공한다. 후자는 폐기해야 합니다. 전형적으로, 플레이트당 형성된 스페로이드의 90-95%가 올바르게 형성되고 추가 실험을 위해 실행 가능할 것이다.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61141/61141fig5.jpg"> 그림 5: 매달려 드롭 방법을 통해 형성 된 HepG2 스페로이드의자연 형태를 나타내는 빛 현미경 이미지. (A-C)쇼 2 일 및(D-I)일 4 HepG2 간 스페로이드 포스트 시드. (D-F)는양질의 HepG2 스페로이드의 예이며(G-I)는 제대로 형성된 스페로이드를 나타낸다. 모든 이미지는 현미경을 사용하여 X20 목표에 촬영되었습니다. 배율 막대는 20 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61141/61141fig5large.jpg" target="_blank">μm을 나타냅니다.</a>
HepG2 스페로이드 생존가능성을 더욱 확인하기 위해 기본 색채 브로모브레솔 그린 알부민(BCG) 분석 또는 우레아 분석이 수행되어 간과 같은 기능을 평가할 수 있다. 간유사 기능은 14일 배양기간 동안 Trypan Blue 배제 분석기를 이용하여 생존가능성에 따라 평가되어 간 스페로이드 모델의 수명을 결정하고 장기 또는 반복된 ENM/화학 물질 기반 위험평가(그림 6)를지원할 수 있는지 를 확립하였다. 알부민 농도는 문화 기간 동안 일관되게 유지되었다. 우레아 생산은 7일째까지 고원에 도달하기 전에 문화에서 1주일 동안 스페로이드당 생산되는 우레아의 농도가 증가하는 것을 표시한다. 3D HepG2 스페로이드에서 생산되는 알부민과 우레아의 수준은 2D 형식으로 배양된 동일한 세포주에서 관찰된 것보다 실질적으로 높다는 점에 유의해야 한다. 실제로, HepG2 세포의 2D 배양, 피크 알부민 및 우레아 수준은 각각 0.001 mg/mL 및 0.010 ng/μL이었습니다. 더욱이, Shah 등에서 거의 동일한 HepG2 스페로이드 시스템을 사용하여 발표한 이전 작품에서, 저자는 2D 배양HepG2 세포5에비해 체외 모델 시스템에서 대사 활성(CYP1A1 및 CYP1A2)의 주목할 만한 개선을 강조한다.
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61141/61141fig6v5.jpg"> 그림 6: HepG2 간 스페로이드에 대한 14 일 기준 특성 데이터. 행딩 드롭에서 의한후(A)는14일 동안 HepG2 스페로이드 모델의 생존가능성을강조하고(B)및(C)는각각 간형 알부민 과 우레아 기능을 강조한다. 평균 데이터 ± SEM 제시, n = 4. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61141/61141fig6v5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
3D 간 스페로이드 배양의 알려진 한계인 괴사 코어의 불가피한 발달로, 이 HepG2 기반 모델의 생존가능성은 미핵 분석5를지원하는 데 필요한 증식 능력을 유지하면서 장기(5-10일) 노출 체제를 유지할 수 있었다는 것을 입증하기 위해 확립되어야 했다. 실제로, 이 3D 간 스페로이드 모델은 문화에서 10 일 동안 >70 % 생존력을 유지하는 것으로 나타났습니다. 이를 바탕으로 ≥14일 배양 기간 동안 관찰된 지속적인 간형 기능과 함께, 이 3D 간 스페로이드 모델은 따라서 최대 10일 길이의 장기 반복ENM 노출 정권(즉, 스페로이드의 생존 가능성이 70% 이하로 떨어지기 전에)을 지원할 수 있다. 참고로, 4000세포/스페로이드에서 시드된 HepG2 스페로이드의 알부민 수준은 ≥20.0 ng/μL이어야 하는 반면, 우레아 생산은 ≥0.25 ng/μL이어야 이 모델을 통해 체외 독성 평가를 실시하는 것이 좋습니다.
엔지니어링 나노 물질의 유전체 독성 평가 유독성 평가를 위해, 미세핵 분석은 급성(24h) 및 장기(120h) ENM 노출 에 따른 미세핵의 존재를 결정하는 데 사용되었다. 아플라톡신 B1은 공지된 간발암물질(16,17)이며 미세핵 분석에 권장되는 양성 대조군이다. 최적화 실험에 따르면 알파톡신 B1의 0.1 μM은 3D HepG2 간 스페로이드에서 유의한 양성(≥2.0배 증가) 게놈독성 반응을 유도하여 이 모델로 실시된 모든 미세핵 분석에서 사용된다. HepG2 스페로이드 모델을 사용하여 미세 핵 분석 결과의 유효성을 보장하기 위해, 이 3D 체외 모델에 사용되는 HepG2 세포에 대한 배경 미세 핵 주파수는 0.6% – 1.2%의 범위 내에 있어야 한다. 그 결과, 알파톡신 B1은 음의 대조군으로 본 것보다 적어도 2배 더 높은 물질독성 반응을 유도해야 한다. 따라서, 알파톡신 B1의 0.1 μM은 1.5% - 3.0% 사이의 미세 핵 주파수를 유도해야 한다. 이러한 제어 매개 변수를 사용하여, 시험관 내ENM 관련 게놈 독성은 그 때 안정적으로 평가될 수 있습니다. OECD 시험 가이드라인(487)에 기초하여, 선택된 농도는 55% 이상 ± 5% 사이토독성(음의 대조군과 관련하여 CPBI 또는 RVCC 값의 감소에 의해 표시됨)이상유도해서는 안 된다는 점에 유의하는 것이 중요하다. 도 7은 아플라톡신 B1 및 2개의 ENM(티타늄 이산화티타늄(TiO2)및 슬라이버(Ag)가 HepG2 스페로이드에서 급성 및 장기 노출에 따라 평가되었을 때 생성된 데이터를 보여 주며, 후속 유전독성 전위는 마이크로핵 분석을 사용하여 분석하였다. 평가된 두 ENM은 급성(24시간) 노출 및 장기(120h) 노출 체제에 비해 5.00 μg/mL의 낮은 용량, 낮은 용량으로 시험하였다. TiO2 및 Ag ENM 모두에 걸쳐 게놈 독성에 대한 유사한 경향을 관찰할 수 있으며, 이로 인해 24시간 노출 이후 발생하는 높은 유독성 반응이 장기간 5일 노출 후에도 명확하지 않았다. 이것은 두 시간 지점에서 Aflatoxin B1 양성 제어에 의해 유도된 지속적인 게놈 독성에도 불구하고 이었습니다.
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61141/61141fig7.jpg"> 그림 7: HepG2 간 스페로이드에 TiO2 및 Ag ENM 노출 에 따른 독독성 평가. 유전체 독성(micronucleus 주파수) 평가는 미세핵 분석포스트(A)급성(24시간) 및(B)장기(120시간) 노출을 TiO2 및 Ag ENM의 5.00 μg/mL에 노출한다. 음수 제어는 미디어 전용이며, 양수 제어는 Aflatoxin B1의 0.1 μM입니다. 평균 데이터(n=2)는 부정적인 제어와 관련하여 표시된 sD. 의미 ± 제시: * = p≤ 0.05. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61141/61141fig7large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

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Advanced 3D Liver Models for In vitro Genotoxicity Testing Following Long-Term Nanomaterial Exposure

이 절차는 시험관 내에서 고급 3D 간 배양을 개발하는 데 사용되기 위해 설립되었으며, 급성 또는 장기, 반복 투여 요법 모두에 걸쳐 나노 물질 노출과 관련된 물질 독성 위험의 보다 생리적으로 관련 된 평가를 제공 할 수 있습니다.

장기 나노 물질 노출 다음 체외 물질 독성 테스트를 위한 고급 3D 간 모델

Due to the rapid development and implementation of a diverse array of engineered nanomaterials (ENM), exposure to ENM is inevitable and the development of ...

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

6.6K 조회수.  Swansea University Medical School. 이 절차는 시험관 내에서 고급 3D 간 배양을 개발하는 데 사용되기 위해 설립되었으며, 급성 또는 장기, 반복 투여 요법 모두에 걸쳐 나노 물질 노출과 관련된 물질 독성 위험의 보다 생리적으로 관련 된 평가를 제공 할 수 있습니다.

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Study of Viral Vectors in a Three-dimensional Liver Model Repopulated with the Human Hepatocellular Carcinoma Cell Line HepG2

This protocol describes the generation of a three-dimensional (3D) ex vivo liver model and its application to the study and development of viral vector systems. The model is obtained by repopulating the extracellular matrix of a decellularized rat liver with a human hepatocyte cell line. The model permits studies in a vascularized 3D cell system, replacing potentially harmful experiments with living animals. Another advantage is the humanized nature of the model, which is closer to human physiology than animal models.
In this study, we demonstrate the transduction of this liver model with a viral vector derived from adeno-associated viruses (AAV vector). The perfusion circuit that supplies the 3D liver model with media provides an easy means to apply the vector. The system permits monitoring of the major metabolic parameters of the liver. For final analysis, tissue samples can be taken to determine the extent of recellularization by histological techniques. Distribution of the virus vector and expression of the delivered transgene can be analyzed by quantitative PCR (qPCR), Western blotting and immunohistochemistry. Numerous applications of the vector model in basic research and in the development of gene therapeutic applications can be envisioned, including the development of novel antiviral therapeutics, cancer research, and the study of viral vectors and their potential side effects.

The recellularized extracellular matrix of a decellularized rat liver can be used as a humanized, three-dimensional ex vivo model to study the distribution and transgene expression of a virus or viral vector.

인간의 간세포 암 세포주 인 HepG2와 3 차원 간 모델 다시 채워에서 바이러스 성 벡터의 연구

This protocol describes the generation of a three-dimensional (3D) ex vivo liver model and its application to the study and development of viral vector ...

연구

암 연구학

A Biomimetic Model for Liver Cancer to Study Tumor-Stroma Interactions in a 3D Environment with Tunable Bio-Physical Properties

Hepatocellular carcinoma (HCC) is a primary liver tumor developing in the wake of chronic liver disease. Chronic liver disease and inflammation leads to a fibrotic environment actively supporting and driving hepatocarcinogenesis. Insight into hepatocarcinogenesis in terms of the interplay between the tumor stroma micro-environment and tumor cells is thus of considerable importance. Three-dimensional (3D) cell culture models are proposed as the missing link between current in vitro 2D cell culture models and in vivo animal models. Our aim was to design a novel 3D biomimetic HCC model with accompanying fibrotic stromal compartment and vasculature. Physiologically relevant hydrogels such as collagen and fibrinogen were incorporated to mimic the bio-physical properties of the tumor ECM. In this model LX2 and HepG2 cells embedded in a hydrogel matrix were seeded onto the inverted transmembrane insert. HUVEC cells were then seeded onto the opposite side of the membrane. Three formulations consisting of ECM-hydrogels embedded with cells were prepared and the bio-physical properties were determined by rheology. Cell viability was determined by a cell viability assay over 21 days. The effect of the chemotherapeutic drug doxorubicin was evaluated in both 2D co-culture and our 3D model for a period of 72h. Rheology results show that bio-physical properties of a fibrotic, cirrhotic and HCC liver can be successfully mimicked. Overall, results indicate that this 3D model is more representative of the&#160;in vivo&#160;situation compared to traditional 2D cultures.&#160;Our 3D tumor model showed a decreased response to chemotherapeutics, mimicking drug resistance typically seen in HCC patients.&#160;

This protocol presents a 3D biomimetic model with accompanying fibrotic stromal compartment. Prepared with physiologically relevant hydrogels in ratios mimicking the bio-physical properties of the stromal extracellular matrix, an active mediator of cellular interactions, tumor growth and metastasis.

튜닝 가능한 바이오 물속성과 3D 환경에서 종양-스트로마 상호 작용을 연구하는 간암을 위한 생체 모방 모형

Hepatocellular carcinoma (HCC) is a primary liver tumor developing in the wake of chronic liver disease. Chronic liver disease and inflammation leads to a ...

Exploring Mitochondrial Energy Metabolism of Single 3D Microtissue Spheroids Using Extracellular Flux Analysis

Three-dimensional (3D) cellular aggregates, termed spheroids, have become the forefront of in vitro cell culture in recent years. In contrast to culturing cells as two-dimensional, single-cell monolayers (2D culture), spheroid cell culture promotes, regulates, and supports physiological cellular architecture and characteristics that exist in vivo, including the expression of extracellular matrix proteins, cell signaling, gene expression, protein production, differentiation, and proliferation. The importance of 3D culture has been recognized in many research fields, including oncology, diabetes, stem cell biology, and tissue engineering. Over the last decade, improved methods have been developed to produce spheroids and assess their metabolic function and fate.
Extracellular flux (XF) analyzers have been used to explore mitochondrial function in 3D microtissues such as spheroids using either an XF24 islet capture plate or an XFe96 spheroid microplate. However, distinct protocols and the optimization of probing mitochondrial energy metabolism in spheroids using XF technology have not been described in detail. This paper provides detailed protocols for probing mitochondrial energy metabolism in single 3D spheroids using spheroid microplates with the XFe96 XF analyzer. Using different cancer cell lines, XF technology is demonstrated to be capable of distinguishing between cellular respiration in 3D spheroids of not only different sizes but also different volumes, cell numbers,&#160;DNA content and type.
The optimal mitochondrial effector compound concentrations of oligomycin, BAM15, rotenone, and antimycin A are used to probe specific parameters of mitochondrial energy metabolism in 3D spheroids. This paper also discusses methods to normalize data obtained from spheroids and addresses many considerations that should be considered when exploring spheroid metabolism using XF technology. This protocol will help drive research in advanced in vitro spheroid models.

These protocols will help users probe mitochondrial energy metabolism in 3D cancer cell-line-derived spheroids using Seahorse extracellular flux analysis.

세포외 플럭스 분석을 이용한 단일 3D 미세조직 구상체의 미토콘드리아 에너지 대사 탐구

Three-dimensional (3D) cellular aggregates, termed spheroids, have become the forefront of in vitro cell culture in recent years. In contrast to culturing ...

A Combined 3D Tissue Engineered In Vitro/In Silico Lung Tumor Model for Predicting Drug Effectiveness in Specific Mutational Backgrounds

In the present study, we combined an in vitro 3D lung tumor model with an in silico model to optimize predictions of drug response based on a specific mutational background. The model is generated on a decellularized porcine scaffold that reproduces tissue-specific characteristics regarding extracellular matrix composition and architecture including the basement membrane. We standardized a protocol that allows artificial tumor tissue generation within 14 days including three days of drug treatment. Our article provides several detailed descriptions of 3D read-out screening techniques like the determination of the proliferation index Ki67 staining&#39;s, apoptosis from supernatants by M30-ELISA and assessment of epithelial to mesenchymal transition (EMT), which are helpful tools for evaluating the effectiveness of therapeutic compounds. We could show compared to 2D culture a reduction of proliferation in our 3D tumor model that is related to the clinical situation. Despite of this lower proliferation, the model predicted EGFR-targeted drug responses correctly according to the biomarker status as shown by comparison of the lung carcinoma cell lines HCC827 (EGFR -mutated, KRAS wild-type) and A549 (EGFR wild-type, KRAS-mutated) treated with the tyrosine-kinase inhibitor (TKI) gefitinib. To investigate drug responses of more advanced tumor cells, we induced EMT by long-term treatment with TGF-beta-1 as assessed by vimentin/pan-cytokeratin immunofluorescence staining. A flow-bioreactor was employed to adjust culture to physiological conditions, which improved tissue generation. Furthermore, we show the integration of drug responses upon gefitinib treatment or TGF-beta-1 stimulation - apoptosis, proliferation index and EMT - into a Boolean in silico model. Additionally, we explain how drug responses of tumor cells with a specific mutational background and counterstrategies against resistance can be predicted. We are confident that our 3D in vitro approach especially with its in silico expansion provides an additional value for preclinical drug testing in more realistic conditions than in 2D cell culture.

A Combined 3D Tissue Engineered In Vitro/In Silico Lung Tumor Model for Predicting Drug Effectiveness in Specific Mutational Backgrounds

We present a three-dimensional (3D) lung cancer model based on a biological collagen scaffold to study sensitivity towards non-small-cell-lung-cancer-(NSCLC)-targeted therapies. We demonstrate different read-out techniques to determine the proliferation index, apoptosis and epithelial-mesenchymal transition (EMT) status. Collected data are integrated into an in silico model for prediction of drug sensitivity.

결합 된 3 차원 조직은 엔지니어링<em&gt; 체외</em&gt; /<em&gt; 인 실리코</em특정 돌연변이 배경에서 약물의 효과를 예측&gt; 폐 종양 모델

In the present study, we combined an in vitro 3D lung tumor model with an in silico model to optimize predictions of drug response based on a specific ...

생체공학

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 ...

The Dimethylnitrosamine Induced Liver Fibrosis Model in the Rat

Four to six week old, male Wistar rats were used to produce animal models of liver fibrosis. The process requires four weeks of administration of 10 mg/kg dimethylnitrosamine (DMN), given intraperitoneally for three consecutive days per week. Intraperitoneal injections were performed in the fume hood as DMN is a known hepatoxin and carcinogen. The model has several advantages. Firstly, liver changes can be studied sequentially or at particular stages of interest. Secondly, the stage of liver disease can be monitored by measurement of serum alanine aminotransferase (ALT) and aspartate aminotransferase (AST) enzymes. Thirdly, the severity of liver damage at different stages can be confirmed by sacrifice of animals at designated time points, followed by histological examination of Masson&#39;s Trichome stained liver tissues. After four weeks of DMN dosing, the typical fibrosis score is 5 to 6 on the Ishak scale. The model can be reproduced consistently and has been widely used to assess the efficacy of potential anti-fibrotic agents.

We describe a method to produce an animal model of liver fibrosis in the rat, and assess the degree of fibrosis by histological examination of the liver. The model can be used to study the development of liver disease as well as to test the efficacy of potential anti-fibrotic agents.

쥐에이 dimethylnitrosamine 유도 된 간 섬유화 모델

Four to six week old, male Wistar rats were used to produce animal models of liver fibrosis. The process requires four weeks of administration of 10 mg/kg ...

의학

Human Liver Spheroids from Peripheral Blood for Liver Disease Studies

Human liver cells can form a three-dimensional (3D) structure capable of growing in culture for some weeks, preserving their functional capacity. Due to their nature to cluster in the culture dishes with low or no adhesive characteristics, they form aggregates of multiple liver cells that are called human liver spheroids. The forming of 3D liver spheroids relies on the natural tendency of hepatic cells to aggregate in the absence of an adhesive substrate. These 3D structures possess better physiological responses than cells, which are closer to an in vivo environment. Using 3D hepatocyte cultures has numerous advantages when compared with classical two-dimensional (2D) cultures, including a more biologically relevant microenvironment, architectural morphology that reassembles natural organs as well as a better prediction regarding disease state and in vivo-like responses to drugs. Various sources can be used to generate spheroids, like primary liver tissue or immortalized cell lines. The 3D liver tissue can also be engineered by using human embryonic stem cells (hESCs) or induced pluripotent stem cells (hiPSCs) to derive hepatocytes. We have obtained human liver spheroids using blood-derived pluripotent stem cells (BD-PSCs) generated from unmanipulated peripheral blood by activation of human membrane-bound GPI-linked protein and differentiated to human hepatocytes. The BD-PSCs-derived human liver cells and human liver spheroids were analyzed by light microscopy and immunophenotyping using human hepatocyte markers.

Here we present a non-genetic method to generate human autologous liver spheroids using mononuclear cells isolated from steady-state peripheral blood.

Human liver cells can form a three-dimensional (3D) structure capable of growing in culture for some weeks, preserving their functional capacity. Due to ...

Assembloid Technology: Pioneering Liver Development Research

In Vitro Cultivation Techniques for Modeling Liver Organogenesis, Building Assembloids, and Designing Synthetic Tissues using Human Cell Lines

Chronic liver disease has reached epidemic proportions, affecting over 800 million people globally. The current treatment, orthotopic liver transplantation, has several limitations. Promising solutions have emerged in the field of liver regenerative medicine, with liver organogenesis holding significant potential. Early liver organogenesis, occurring between E8.5 and 11.5, involves the formation of epithelial-mesenchymal interactions leading to morphogenesis, hepatic cord formation, and collective migration. However, there is a lack of methods for in vitro modeling of this process. In this study, a detailed series of methods is presented, enabling the modeling of various stages and aspects of liver organogenesis with human cell lines. In one method series, assembloid technology with hepatic (HEP) and mesenchymal (MES) spheroids are utilized, replicating early structures found in liver organogenesis, modeling early morphogenesis, and demonstrating interstitial cell migration as seen in vivo. These innovative assembloid systems help identify factors influencing assembloid formation and migration. HEP spheroid cultivation systems were also employed to model collective migration and branching morphogenesis. Mesenchymal-conditioned media (M-CM) plays a significant role in initiating dose-dependent branching migration. All presented methods were shown to be highly reproducible with a high success rate. By linking these events together, our work will enable recreating sequential, morphogenetic events to reverse engineer organogenesis in vitro and in vivo.

Organoids revolutionize personalized tissue modeling for organ development, drug discovery, and disease research. Organoid engineering advances into creating intricate synthetic tissues. The aim is to integrate morphogenesis, assembloid technology, and biomatrices to advance tissue engineering. This protocol aids in modeling liver organogenesis and establishing guidelines for synthetic tissue construction.

Chronic liver disease has reached epidemic proportions, affecting over 800 million people globally. The current treatment, orthotopic liver ...

DUCT: Double Resin Casting followed by Micro-Computed Tomography for 3D Liver Analysis

The liver is the biggest internal organ in humans and mice, and high auto-fluorescence presents a significant challenge for assessing the three-dimensional (3D) architecture of the organ at the whole-organ level. Liver architecture is characterized by multiple branching lumenized structures, which can be filled with resin, including vascular and biliary trees, establishing a highly stereotyped pattern in the otherwise hepatocyte-rich parenchyma. This protocol describes the pipeline for performing double resin casting micro-computed tomography, or &#34;DUCT&#34;. DUCT entails injecting the portal vein and common bile duct with two different radiopaque synthetic resins, followed by tissue fixation. Quality control by clearing one lobe, or the entire liver, with an optical clearing agent, allows for pre-screening of suitably injected samples. In the second part of the DUCT pipeline, a lobe or the whole liver can be used for micro-computed tomography (microCT) scanning, (semi-)automated segmentation, and 3D rendering of the portal venous and biliary networks. MicroCT results in 3D coordinate data for the two resins allowing for qualitative as well as quantitative analysis of the two systems and their spatial relationship. DUCT can be applied to postnatal and adult mouse liver and can be further extended to other tubular networks, for example, vascular networks and airways in the lungs.

Double resin casting micro-computed tomography, or DUCT, enables visualization, digitalization, and segmentation of two tubular systems simultaneously to facilitate 3D analysis of organ architecture. DUCT combines ex vivo injection of two radiopaque resins followed by micro-computed tomography scanning and segmentation of the tomographic data.

덕트: 3D 간 분석을 위한 마이크로 컴퓨팅 단층 촬영 다음에 이중 수지 주조

The liver is the biggest internal organ in humans and mice, and high auto-fluorescence presents a significant challenge for assessing the ...

3D Imaging of the Liver Extracellular Matrix in a Mouse Model of Non-Alcoholic Steatohepatitis

Non-alcoholic steatohepatitis (NASH) is the most common chronic liver disease in the United States, affecting more than 70 million Americans. NASH can progress to fibrosis and eventually to cirrhosis, a significant risk factor for hepatocellular carcinoma. The extracellular matrix (ECM) provides structural support and maintains liver homeostasis via matricellular signals. Liver fibrosis results from an imbalance in the dynamic ECM remodeling process and is characterized by excessive accumulation of structural elements and associated changes in glycosaminoglycans. The typical fibrosis pattern of NASH is called &#34;chicken wire,&#34; which usually consists of zone 3 perisinusoidal/pericellular fibrosis, based on features observed by Masson&#39;s trichrome stain and Picrosirius Red stains. However, these traditional thin two-dimensional (2D) tissue slide-based imaging techniques cannot demonstrate the detailed three-dimensional (3D) ECM structural changes, limiting the understanding of the dynamic ECM remodeling in liver fibrosis.
The current work optimized a fast and efficient protocol to image the native ECM structure in the liver via decellularization to address the above challenges. Mice were fed either with chow or fast-food diet for 14 weeks. Decellularization was performed after in situ portal vein perfusion, and the two-photon microscopy techniques were applied to image and analyze changes in the native ECM. The 3D images of the normal and NASH livers were reconstituted and analyzed. Performing in situ perfusion decellularization and analyzing the scaffold by two-photon microscopy provided a practical and reliable platform to visualize the dynamic ECM remodeling in the liver.

The present protocol optimizes the liver in situ perfusion/decellularization and two-photon microscopy methods to establish a reliable platform to visualize the dynamics of extracellular matrix (ECM) remodeling during non-alcoholic steatohepatitis (NASH).

Non-alcoholic steatohepatitis (NASH) is the most common chronic liver disease in the United States, affecting more than 70 million Americans. NASH can ...