3D-клеточная печать гипоксического рака на чипе для рекапитуляции патологической прогрессии солидного рака

Резюме

Гипоксия является отличительной чертой микроокружения опухоли и играет решающую роль в прогрессировании рака. В этой статье описывается процесс изготовления гипоксического рака на чипе на основе технологии 3D-печати клеток для повторения патологии рака, связанной с гипоксией.

Аннотация

Рак микроокружения оказывает значительное влияние на прогрессирование заболевания. В частности, гипоксия является ключевым фактором выживания при раке, инвазии и хеморазистанции. Хотя для изучения патологии рака, связанной с гипоксией, было разработано несколько моделей in vitro, сложное взаимодействие микроокружения рака, наблюдаемое in vivo, еще не было воспроизведено из-за отсутствия точного пространственного контроля. Вместо этого были предложены подходы к 3D-биофабрикации для создания микрофизиологических систем для лучшей эмуляции экологии рака и точной оценки противоопухолевого лечения. Здесь мы предлагаем подход к 3D-клеточной печати для изготовления гипоксического рака на чипе. Вызывающие гипоксию компоненты в чипе были определены на основе компьютерного моделирования распределения кислорода. Концентрические кольца Рак-строма были напечатаны с использованием биолинь, содержащих клетки глиобластомы и эндотелиальные клетки, для рекапитуляции типа солидного рака. Полученный чип реализовал центральную гипоксию и усугубил злокачественность при раке с образованием репрезентативных патофизиологических маркеров. В целом, ожидается, что предлагаемый подход к созданию микрофизиологической системы с твердым раком и миметикой преодолеет разрыв между моделями in vivo и in vitro для исследований рака.

Введение

Микроокружение рака является критическим фактором, стимулирующим прогрессирование рака. Множественные компоненты, включая биохимические, биофизические и клеточные сигналы, определяют патологические особенности рака. Среди них гипоксия тесно связана с выживаемостью при раке, пролифрацией и инвазией^1. Из-за неограниченного роста и деления раковых клеток питательные вещества и кислород непрерывно истощаются, и генерируется гипоксический градиент. В условиях низкого содержания кислорода клетки активируют молекулярный каскад, связанный с гипоксией индуцируемым транскрипционным фактором (HIF). Этот процесс индуцирует некротическое ядро, запускает мет....

протокол

1. Компьютерное моделирование образования градиента кислорода

1. Генерация 3D-геометрической модели для гипоксической печати рака на чипе
   1. Запустите программное обеспечение 3D CAD.
   2. Набросок геометрической модели гипоксического рака на чипе. Нажмите на Sketch и выберите нужную плоскость, чтобы нарисовать геометрию. Обратитесь к чертежу(рисунок 2A)для детального масштабирования каждой детали.
   3. Установите толщину геометрии, нажав на Feature-Protrusion Boss/Base. Введите желаемую толщину (см. рисунок 2A)в пустое поле и выбери....

Результаты

Гипоксический рак на чипе был разработан с использованием автоматизированной технологии 3D-печати клеток для повторения гипоксии и патологии, связанной с раком(рисунок 1). Транспортировка и потребление кислорода моделировались с использованием 3D-геом.......

Обсуждение

В этом исследовании мы описываем процесс изготовления гипоксического рака на чипе на основе технологии 3D-печати клеток. Формирование гипоксического градиента в проектируемом чипе было предсказато с помощью компьютерного моделирования. Среда, которая может индуцировать гетерогенный.......

Материалы

Name	Company	Catalog Number	Comments
Cells
Human umbilical vein endothelial cells	Promocell	C-12200
U-87 MG cells	ATCC	ATCC HTB-14
Disposable
0.2 μm syringe filter	Sartorius	16534-K
10 mL disposable syringe	Jung Rim	10ml 21G32
10 mL glass vial	Hubena	A0039
10 mL Serological pipette tip	SPL lifescience	91010
15 mL conical tube	SPL lifescience	50015
18G plastic needle	Musashi engineering	PN-18G-B
20G plastic tapered dispense tip	Musashi engineering	TPND-20G-U
22x50 glass cover	MARIENFIELD	0101142
25 mL Serological pipette tip	SPL lifescience	90125
3 mL disposable syringes	HENKE-JET	4020-X00V0
40 µm cell strainer	Falcon	352360
5 mL Serological pipette tip	SPL lifescience	91005
50 mL conical tube	SPL lifescience	50050
50 mL Serological pipette tip	SPL lifescience	90150
50N precision nozzle	Musashi engineering	HN-0.5ND
Aluminum foil	SINKWANG
Capillary tips	Gilson	CP1000
Cell-scrapper	SPL lifescience	90030
Confocal dish	SPL lifescience	200350
Parafilm	Bemis	PM996
Pre-coated histology slide	MATSUNAMI	MAS-11
Reservoir	SPL lifescience	23050
T-75 cell culture flask	SPL lifescience	70075
Equipment
3DX printer	T&R Biofab
Autoclave	JEIOTECH	AC-12
Centrifuger	Cyrozen	1580MGR
Confocal laser microscopy	Olympus Life Science	FV 1000
Fluorescence microscope	FISHER SCEINTIFIC	O221S366
Forcep	Korea Ace Scientific	HC.203-30
Hand tally counter	KTRIO
Hemocytometer	MARIENFIELD	0650030
Incubator	Panasonic	MCO-170AIC
Laminar flow cabinet	DAECHUNG SCIENCE	CB-BMMS C-001
Metal syringe	IWASHITA engineering	SUS BARREL 10CC
Operating Scissors	Hirose	HC.13-122
Oven	JEIOTECH	OF-12, H070023
Positive displacement pipette	GILSON	NJ05652
Refrigerator	SAMSUNG	CRFD-1141
Voltex Mixer	DAIHAN scientific	VM-10
Water bath	DAIHAN SCIENTIFIC	WB-11
Water purifier	WASSER LAB	DI-GR
Materials
0.25 % Trypsin-EDTA	Gibco	25200-072
10x PBS	Intron	IBS-BP007a
4% Paraformaldehyde	Biosesang
70% Ethanol	Daejung	4018-4410
Anti-CD31 antibody	Abcam	ab28364
Anti-HIF-1 alpha antibody	Abcam	ab16066
Anti-SHMT2/SHMT antibody	Abcam	ab88664
Anti-SOX2 antibody	Abcam	ab75485
Bovine Serum Albumin	Thermo scientific	J10857-22
Collagen from porcine skin	Dalim tissen	PC-001-1g
DAPI (4',6-Diamidino-2-Phenylindole, Dihydrochloride)	Thermofisher	D1306
Endothelial Cell Growth Medium-2	Promocell	C22011
Fetal bovine serum	Gibco	12483-020
Goat anti-Mouse IgG (H+L) Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 488	Theromofisher	A-11001
Goat anti-Rabbit IgG (H+L) Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 594	Theromofisher	A-11012
High-glucose Dulbecco’s Modified Eagle Medium(DMEM)	Hyclone	SH30243-0
Hydrochloric acid	Sigma-Aldrich	311413-100ML
Live/dead assay kit	Invitrogen	L3224
Mouse IgG1, kappa monoclonal [15-6E10A7] - Isotype Control	Abcam	ab170190
Penicillin/streptomycin	Gibco	15140-122
Phenol red solution	Sigma-Aldrich	P0290-100ML
Poly(ethylene-vinyl acetate)	Poly science	06108-500
Polydimethylsiloxane	Dowhitech	sylgard 184
Rabbit IgG, polyclonal - Isotype Control	Abcam	ab37415
Sodium hydroxide solution	Samchun	S0610
Triton X-100	Biosesang	TRI020-500-50
Trypan Blue	Sigma-Aldrich	T8154
Software
COMSOL Multiphysics 3.5a	COMSOL AB
IMS beamer			in-house software
SolidWorks Package	Dassault Systems SolidWorks Corporation