Microengineering 3D 콜라겐 하이드로겔(장거리 섬유 정렬 포함)

이 프로토콜은 3D 콜라겐 하이드로겔(두께 <250μm)에서 섬유를 정렬하기 위해 확장 변형(스트레칭)을 생성하기 위해 유체 흐름 방향을 따라 기하학이 변화하는 미세유체 채널의 사용을 보여줍니다. 결과 정렬은 수 밀리미터에 걸쳐 확장되며 연신 변형률의 영향을 받습니다.

정렬된 콜라겐 I(COL1) 섬유는 종양 세포 운동성을 안내하고, 내피 세포 형태에 영향을 미치고, 줄기 세포 분화를 제어하며, 심장 및 근골격계 조직의 특징입니다. 시험관 내에서 정렬된 미세 환경에 대한 세포 반응을 연구하기 위해 자기, 기계, 세포 기반 및 미세유체 방법을 포함하여 정의된 섬유 정렬을 가진 COL1 매트릭스를 생성하기 위한 여러 프로토콜이 개발되었습니다. 이 중 미세유체 접근법은 유체 흐름 및 세포 미세 환경에 대한 정확한 제어와 같은 고급 기능을 제공합니다. 그러나 고급 체외 배양 플랫폼을 위해 정렬된 COL1 매트릭스를 생성하기 위한 미세유체 접근 방식은 500μm 미만의 거리에 걸쳐 확장되고 3D 세포 배양 응용 분야에 도움이 되지 않는 COL1 섬유의 얇은 "매트"(두께 <40μm)로 제한되었습니다. 여기에서 우리는 미세유체 장치에서 정의된 섬유 정렬의 밀리미터 규모 영역을 가진 3D COL1 매트릭스(두께 130-250μm)를 제작하기 위한 프로토콜을 제시합니다. 이 플랫폼은 세포 배양을 위한 미세 엔지니어링 매트릭스에 직접 액세스할 수 있도록 하여 구조화된 조직 미세 환경을 모델링하는 고급 세포 배양 기능을 제공합니다.

세포는 세포외 기질(ECM)이라고 하는 복잡한 3D 섬유 네트워크에 존재하며, 그 대부분은 구조 단백질 콜라겐 유형 I(COL1^)1,2로 구성됩니다. ECM의 생물물리학적 특성은 세포에 안내 신호를 제공하고, 이에 대한 반응으로 세포는 ECM 마이크로아키텍처 ^3,4,5를 리모델링합니다. 이러한 상호 세포-매트릭스 상호작용은 종양 환경(^7,8,9)에서 혈관신생 및 세포 침윤을 ^{촉진하고 세포} 형태^(10,11,12), 분극(13) 및 분화(¹⁴)에 영향을 미치는 정렬된 COL1^{섬유 도메....}

1. 2피스 채널 및 모듈식 플랫폼 베이스 제작

참고: 미세유체 채널은 정의된 두께의 폴리디메틸 실록산(PDMS) 시트에서 면도날로 절단된 미세유체 채널 "컷아웃"과 컷아웃에 가역적으로 결합되어 채널을 형성하는 채널 덮개의 두 부분을 사용하여 구성됩니다. 채널은 미디어 저장소 역할을 하는 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA) 프레임으로 둘러싸여 있습니다(

자체 조립 COL1 용액이 단면적이 감소하는 채널을 통해 흐를 때 COL1 용액의 유속 속도(_vx)는 두 세그먼트(∂x) 사이의 수축 길이를 따라 크기 ∂v x만큼 국부적으로 증가하여 ε̇ = ∂v x/∂_x인 확장 변형률(ε̇)이 발생합니다. 연신 변형률은 그림 2에서 볼 수 있듯이 입자 이미지 유속계(PIV)를 사용하여 측정되는 유체 속도에서 계산할 수 있습니다.

정렬된 섬유를 갖는 COL1 매트릭스를 생성하기 위한 프로토콜은 자기 방법, 기계적 변형의 직접적인 적용, 및 미세유체 기술⁴⁷을 사용하여 설명되었다. 미세유체 접근법은 생화학적 미세 환경을 정밀하게 제어할 수 있는 잘 정의된 흐름 및 수송 특성으로 인해 미세생리학적 시스템을 만드는 데 일반적으로 사용됩니다. 정렬된 COL1 섬유는 상처 치유, 종양 세포 침습 및 조직 발달과 .......

이 연구는 국립 보건원 (National Institute of Health)이 R21GM143658 상을 수상하고 국립 과학 재단 (National Science Foundation)이 보조금 번호 2150798로 부분적으로 지원했습니다. 내용은 전적으로 저자의 책임이며 반드시 자금 지원 기관의 공식 견해를 나타내는 것은 아닙니다.