Method Article
Hızlı, düzenli hücre kültürü yüzeylerde dinamik maske projeksiyon litografi için bir dijital micromirror cihaz kullanarak microfabricated sinir kültür sistemleri üretimi için basit teknikleri açıklanmıştır. Bu kültür sistemleri doğal biyolojik mimarisi daha iyi temsil olabilir, ve açıklanan teknikleri çok çeşitli uygulamalar için adapte olabilir.
Giderek, desenli hücre kültürü ortamları hücresel özelliklerini incelemek için, ilgili bir teknik haline, ve birçok araştırmacı, 3 boyutlu ortamlar için 1-3 in vivo nitelikleri daha iyi taklit in vitro deneylerde temsil etmek için ihtiyaç inanıyoruz. Kanser araştırma 4, sinir mühendislik 5, kalp fizyolojisi 6, ve hücre-matriks etkileşimini 7,8 gibi alanlarda yapılan çalışmalar, hücre davranış, geleneksel monolayer kültür ve 3D yapıları arasında önemli farklılıklar göstermiştir.
Hidrojeller nedeniyle çeşitli, çok yönlülük ve 9-12 işlevsellik ile terzi moleküler kompozisyon yeteneği 3D ortamlar olarak kullanılır. Elektrospinning 13, elastomer pulları 14 da dahil olmak üzere hücre destekleyici matrisler olarak yapıları oluşturulması için çok sayıda teknikleri vardır, mürekkep püskürtmeli baskı 15, katkı photopatterning 16, statik photomask projeksiyon-litografi 17, dinamik ve maske microstereolithography 18. Ne yazık ki, bu yöntemlerin birden fazla üretim adımları ve / veya geleneksel hücre ve doku kültürü yöntemleri kolayca adapte ekipman içerir. Bu protokol istihdam tekniği kullanarak UV başlatılan serbest radikal polimerizasyonu yoluyla uyarılan crosslinking geometrik özel poli (etilen glikol) (PEG) hidrojeller, dinamik photomasks oluşturmak için bir dijital micromirror cihazı (DMD), son iki yöntemden uyarlar. "2.5D" yapıları, sinir büyüme için kısıtlı 3D ortamı sağlar. Biz PEG Puramatrix veya agaroz yapılan bir başka şekilsiz ama hücre izin kendinden montaj jel hücre kısıtlayıcı bir bölgedeki tedarik yapısı olarak hizmet veren bir çift-hidrojel yaklaşımı, istihdam. Bu süreç, konvansiyonel hücre kültürü yöntemleri ve substratları ile kullanmak için son derece tekrarlanabilir ve kolay adapte olan bir hızlı, basit bir adım imalat.
Tüm doku embriyonik dorsal kök gangliyon (DRG) eksplantlar, neurite akıbet gibi deneysel testleri için çift hidrojel yapıları içine dahil edilebilir. Ayrıca, ayrışmış hücreleri photocrosslinkable veya kendi kendine polimerize hidrojel kapsüllü olabilir, ya da seçici geçirgen destek zarı, hücre kısıtlayıcı photopatterning kullanarak yapıştırılır. DMD kullanarak, hidrojel, kalın ~ 1mm kadar yapıları, ancak ince bir film tabakası (<200 mikron) PEG yapıları serbest radikal polimerizasyon reaksiyonu oksijen su verme ile sınırlı kalmıştır yarattı. Biz daha sonra ince PEG yapısı polimerizasyon izin polimerizasyon sıvı üzerindeki yağ tabakası kullanan bir teknik geliştirdi.
Bu protokol, biz microfabricated sinir hücre ve doku kültürleri üretimi için 3D hidrojel sistemleri süratli yaratılmasını anlatmak. Burada gösterdi çift hidrojel yapıları nörobilim hücre sağkalım, göç, ve / veya neurite büyüme ve rehberlik içeren çalışmalar için faydalı in vitro modeller çok yönlü temsil eder . Ayrıca, protokol hidrojeller ve hücrelerin birçok türleri için çalışmak gibi, potansiyel uygulamalar çeşitli ve geniş, her ikisi de.
1. DMD Kurulum
2. Doku Eksplant Kültürler Çift Hidrojel oluşturur
A. DRG eksplant yapışma
B. Dinamik maske fotopolimerizasyon
Dijital micromirror cihazı (DMD), seçici ayna pozisyonu dayalı ışığı yansıtan projeksiyon televizyonlarda buna benzer bireysel aynalar, 1024 x 768 dizi. Bizim amaçlarımız için, DMD Belirtilebilen hidrojel geometrileri basit ve hızlı bir şekilde oluşturarak, photocrosslinkable hidrojeller üzerine desen ultraviyole (UV) ışık kullanılır. Şekil 1 DMD ve UV ışık yolu kurulumu anlatıyor. DMD bağımsız bir birim olmasına rağmen, cihaz aynı zamanda birçok mevcut mikroskopları ile kullanım için entegre edilebilir.
C. Sekonder hidrojel
Puramatrix
Agaroz
3. Çift Hidrojel 3D Hücre Kapsüllemesi
Çift hidrojel encapsulation kendi montaj jel kullanırken uygundur. Photocrosslinkable jel, bu durumda PEG, örneğin Puramatrix veya agaroz, öz-montaj jel geometrik tanıtımı için yapısal bir destek olarak hizmet vermektedir. Bu yöntemlerden bazıları, özellikle photomask jel ve seçim türü, özellikle istediğiniz uygulamayı bağlı olacaktır.
4. Tek Hidrojel 3D Hücre Kapsüllemesi
Tek bir hidrojel kapsülleme hücreleri photocrosslinkable hidrojel içinde incelenebilir bir durum için uygun olacaktır.
5. İnce Film Hidrojel Polimerizasyon
6. Temsilcisi Sonuçlar
Çift hidrojel örnekleri içeren DRG eksplantlar Şekil 2'de gösterilmiştir oluşturur. Hücresel göç ve neurite uzantısı hücre müsamahakar çift hidrojel bölgeye inşa sınırlı olduğunu dikkat edin. Şekil 3 çift hidrojel yapıları içinde benzer bir kapsüllü ayrışmış hücreleri gösteriyor. DMD photomask dinamik yapısı nedeniyle, kapsülleme kullanılabilir geometri, optik boyutları ve çözünürlüğü sınırlıdır. Hücre kapsülleme tek bir photopolymerizable hidrojel, PEG içinde de mümkün olduğunu, ölü / canlı canlılığı testi Şekil 4'te kanıtladığı gibi yapıldı. PEG içinde kapsüller PEG sinir hücreleri için ideal bir ortamı temsil etmiyor, sadece bir örnek olarak geliyordu. Bu nedenle, PEG yapıları gerçekleştirilen hücre canlılığı anlaşılır düşük. Son olarak, ince PEG filmler, hücre kültürü ekler, hücre yapışması için desenli sınırlayıcı bir tabaka olarak kullanan örnekler Şekil 5'te gösterilmiştir. Ayrıca, olası bir "kötü" sonuçlarının örnekleri Şekil 6'da sunulmaktadır.
Sonuçlar, olası kullanımlarının laboratuvarda geliştirilen yöntemlerden yalnızca küçük bir bölümünü temsil eder. Onlar bizim yaklaşımımız kolaylığı, çok yönlülük ve canlılığı göstermek amacıyla, araştırmacılar kendi olası adaptasyonlar geliştirmek için "prensip kanıtı" olarak tedavi edilebilir.
Şekil 1 fotolitografi için kullanılan ışık yolu şematik gösterimi. Ankastre: 45 ° ve 24 ° ayna dizi uçağın altında bir açıyla DMD UV ışık yanar.
Şekil 2 çift hidrojel yapıları içeren DRG Etiketli büyümesi ve yayılması. AD), Beta III tubulin (yeşil), DAPI boyanan hücre çekirdeğine (mavi) ile etiketlenmiş neurites ile polimerize PEG yapıları (gri) tasvir görüntüler. DRG eksplantlar Puramatrix bulunan ve çatallanma (ler) doğru büyüyen neurites desen dairesel bölgelerinde bulunmaktadır.
Şekil 3 büyüme ortamında 48 saat sonra canlı bir hücre belirteci ile Calcein AM etiketli hücreleri içeren Çift hidrojel oluşturur. AD) Çeşitli PEG şekiller, ayrışmış DRG nöron (~ 5x10 3 hücre / ml) içeren Puramatrix ile dolu.
Şekil 4 Tek hidrojel içeren büyüme ortamında 24 saat sonra (5x10 3 hücre / ml) ethidium homodimer-1 (kırmızı) ile etiketlenmiş Calcein AM (yeşil) ve ölü hücreleri ile etiketlenmiş canlı hücreler inşa.
Şekil 5 Hücre kısıtlayıcı PEG ayrışmış hücrelerin seçici geçirgen destekleyen kollajen kaplı membran uymak için bir "test deseni" kullanılarak ince bir film olarak polimerize. Ethidium homodimer-1 (kırmızı) ile ölü hücrelerden etiketli ise A, B) Canlı hücreler, Calcein AM (yeşil) ile 48 saat sonra etiketlenir. Minimum hücre adezyon ince PEG filmi içeren alan oluşur.
Şekil 6 istenmeyen sonuçlar Temsilcisi görüntüleri. A) PEG Kısmi polimerizasyon, kullanışsız bir PEG yapı. Yanlış polimerizasyon menisküs, ön-polimer orta, yetersiz miktarda polimerizasyon orta, yetersiz UV ışınlarına maruz kalma ya da optik yanlış odak varlığı nedeniyle oluşabilir. B) Beta III tubulin (yeşil), DAPI boyanan hücre çekirdeğine (mavi) ile etiketlenmiş neurites ile polimerize PEG yapıları (gri) tasvir Resim. Neurites desenli PEG kanalların dışında da büyümeyi başardık. Bu durum sık sık oluşur Puramatrix enjeksiyon sırasında PEG kısmının üstüne taşıyor.
Burada açıklanan yöntem basit ve tekrarlanabilir bir hücre kültürü sistemleri isteyen herhangi bir araştırmacı tarafından kullanılan olabilir. Teorik olarak, mevcut photopolymerizable hidrojeller çok çeşitli nedeniyle, çevre tüm doku eksplantlarında da dahil olmak üzere herhangi bir hücre tipi, kullanmak için izin için uygun olabilir. Ayrıca, çift hidrojel sistemi, kendi amorf şekiller oluşturma eğilimindedir kendini polimerize hidrojeller, sunumu gelişmiş mekansal kontrolü için olanak sağlar. Ortaya çıkan "2.5D" micropatterned hidrojel yapıları uygun mikroskopik değerlendirme sağlayan bir 2D yapılandırma sunulan sinir büyüme için 3 boyutlu bir matris sağlar. Substrat jeller polimerize olan, aynı zamanda, deneysel tasarım daha fazla kontrol için izin, çeşitli olabilir. Yöntemleri cam slaytlar (veriler gösterilmemiştir) polimerizasyonu ile karşılaştırıldığında geliştirilmiş canlılığı (Şekil 4) Görüldüğü gibi, hücre kültürü geçirgen destekler ile kullanım için optimize edilmiş. Ancak, diğer polimerizasyon yüzeyler farklı uygulamalar için daha uygun olabilir: cam üzerine imalat örneğin Mikroakiskan deneyleri veya hücre agrega oluşumları, kullanılan slaytlar.
Bu kültür sistemleri ile tecrübemiz zorluk potansiyel alanların belirlenmesine yol açmıştır. İlk olarak, dikkatli teknikleri, yapıları kısırlık korumak için gereklidir. DMD kurulum hantal doğası nedeniyle, steril koşullar altında polimerizasyon adımları çalıştırmak için zordur. Bu konuda mücadele etmek için, yöntemleri açıklanan durulama adım yardımcı olur ve tüm medya antibiyotik kullanılmalıdır. Ayrıca, polimerize inşasının son şekli kalınlığı ve ön-polimer karışımı sıvı davranışı son derece bağımlı ve jel oluşturur (Şekil 6) çok ince ya da eksik polimerize bir menisküs varlığı neden olabilir. Iki adım, hücre kültürü ekler içinde bir menisküs oluşumunu en aza indirmek için alınabilir. Kalın hidrojeller (> 200 mm), Yağmur-X eklemek iç duvar etrafında basit bir kaplama yeterli. Ancak, ince yapıları (<200 mikron) kısaca, yukarıda açıklanan, bir yağ tabakası hem menisküs en aza indirmek ve serbest radikal polimerizasyonu oksijen su verme reddetmek için gereklidir. Çözünürlük özelliği boyutu giderek daha kalın jeller ile gerçekleştirilen bir azalma ile, kalınlığına bağlı olarak tespit edildi. Kararda ayrıca özellik hidrojel olumlu ya da olumsuz bir rahatlama temsil edip etmediğini bağlı olarak değişmiştir. Ancak, minimum özellik boyutları ile ~ 100 mm optik odaklama gibi sadece mikroskop hedefleri kullanarak ölçekli yapıları için yeterli bir çözünürlük elde etti.
Burada açıklanan çift hidrojel yapıları neurite büyüme ve rehberlik temel in-vitro modellerin oluşumu için mükemmel bir temeli temsil ettiği deneyler göstermiştir. Istihdam micropatterning tekniği, mevcut yöntemleri 18,19 bir adaptasyon, ama bizim set-up, tasarlamak, uygulamak için basit bir vurguladı ve, çift hücre kültürü ekler hidrojel yapıları üretimi için optimize edilmiş hücre kültürü ekler de hücre canlılığı geliştirmek için hayati önem önceden yapışık doku eksplantlar etrafında crosslinking. Sonuçların gösterildiği laboratuar kapsamı ile sınırlı olmakla birlikte, bu yayında açıklanan yöntemleri 3D hücre kültürü imalatı için nispeten ucuz, hızlı ve kullanımı kolay bir yöntem arıyor araştırmacılar için yararlı olacağına inanıyoruz modelleri.
Yazarlar, Prof. Anthony Windebank laboratuar diseksiyon ve kültür DRG kendi uzmanlık paylaşımı için teşekkür etmek, hem de DMD kurulumu ile ilgili yararlı tartışmalar için Prof. Shaochen Chen. Bu araştırma, Tulane Üniversitesi ve hibeler Louisiana Regents Kurulu'ndan tarafından kısmen finanse edildi (LEQSF [2009-10]-RD-A-18) ve NIH (NS065374).
Material Name | Type | Company | Catalogue Number | Comment |
---|---|---|---|---|
Name | Company | Catalog Number | Comments | |
Digital Micromirror Device | Texas Instruments | DLPD4X00KIT | ||
Collagen Coated Transwell Permeable Support | Corning | 3491 | Also referred to as Cell Culture Insert in manuscript | |
Polyester Transwell Permable Support | Corning | 3412 | Also referred to as Cell Culture Insert in manuscript | |
Neurobasal Medium | Invitrogen | 21103-049 | ||
Fetal Bovine Serum | Invitrogen | 16000-036 | ||
L-glutamine | Invitrogen | 25030-164 | ||
Nerve Growth Factor | Invitrogen | 13257-019 | ||
Pen/Strep | Invitrogen | 15140-122 | ||
B-27 Supplement | Invitrogen | 17504-044 | ||
DPBS | Invitrogen | 14190-250 | ||
Puramatrix | BD Biosciences | 354250 | ||
PEG 1000 | Polysciences, Inc. | 15178 | ||
Irgacure 2959 | Ciba Specialty Chemicals | 0298913AB | ||
Oil | Have used both canola oil and silicon oil | Needs to be UV transparent, and minimize +/- meniscus formation | ||
OmniCure Series 1000 | Exfo | |||
Rain-X |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır