Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
Burada, mikrofizyolojik bir sistemde kollajen ve kollajen-agaroz matrisleri kullanarak 3D hücre kültürlerinin uygulanması için talimatları detaylandıran protokoller sunuyoruz. Bu protokoller, renal proksimal tübül ve renal hücreli karsinom sferoidlerinin ko-kültürünü destekleyerek in vivo koşulları simüle eder ve böbrek kanseri hücre etkileşimlerinin ileri düzeyde araştırılmasını sağlar.
Mikrofizyolojik sistemler (MPS), daha karmaşık ve ilgili fizyolojik unsurların in vitro modellere dahil edilmesini sağlayarak, geleneksel modellerde bulunmayan dinamik etkileşimlerle üç boyutlu ortamlarda karmaşık morfolojik özellikleri yeniden yaratmıştır. Sağlıklı ve malign böbrek dokusu arasındaki etkileşimi yeniden oluşturmak için bir renal hücreli karsinom (RCC) ko-kültür modeli uyguladık.
Bu model, referans alınan çoklu organ platformuna dayanmaktadır ve yeniden yapılandırılmış bir renal proksimal tübülün RCC sferoidleri ile birlikte kültürlenmesinden oluşur. İnsan renal epitelyal proksimal tübül hücrelerini (RPTEC) kültürlemek ve bunların bir kollajen tip I matrisinde bulunan bir renal tübül içine kendi kendine montajını kolaylaştırmak için özel olarak tasarlanmış 3D baskılı odalar kullanıldı. Caki-1 RCC hücreleri bir agar kollajen matrisine gömüldü ve daha sonra kanser sferoidleri oluşturuldu. Hem kollajen hem de agar / kollajen jelleri, döngüsel perfüzyon sırasında bütünlüklerini korumak ve minimum 7 günlük bir kültür periyodu boyunca kayma stresine dayanmak için optimize edilmiştir.
Jeller ayrıca yeterli besin tedarikini ve hücre salgılarını sağlar. Ayrıca, agar / kollajen jelleri, RCC hücrelerinin aşırı proliferasyonunu sınırlayarak nispeten homojen sferoid boyutu sağlar. MPS çip mikroakışkan devreleri, standart bir 96 mikroplaka kuyusu boyutunda iki bağımsız kültür odası içerir. Renal tübül ve RCC jelleri ayrı odaları doldurur ve dakikada yaklaşık iki kez yeniden dolaştırılan aynı kültür ortamını paylaşır. Bu koşullar altında, renal tübüllerde (interlökin-8 ve tümör nekroz faktörü-alfa) immün faktör ekspresyonunun ve sekresyonunun yukarı regülasyonunu gözlemledik. Renal tübüller ayrıca RCC'nin etkisi altında metabolik aktivitelerini glikolize doğru kaydırır. Bu yeni yaklaşım, ko-kültür bazlı bir MPS'nin, RCC'nin in vitro karmaşıklığını artırabileceğini ve kanserin tümör olmayan hücreler üzerindeki etkisini incelemek için kullanılabileceğini göstermektedir.
3D hücre kültürü sistemlerindeki gelişmeler, geleneksel 2D kültürlere kıyasla fizyolojik olarak daha ilgili modeller sunarak doku mühendisliği ve rejeneratif tıpta devrim yaratmıştır 1,2. Bu çalışmada, hücre dışı matriks (ECM) ortamını taklit etme yetenekleri göz önüne alındığında, kullanılan dinamik kültür koşullarıyla uyumlu olurken daha doğru hücresel davranış ve işlevi teşvik eden kollajen ve kollajen-agaroz jel matrisleri kullandık.
ECM'de en bol bulunan protein olan kolajen, dokuların yapısal bütünlüğünün ve biyolojik aktivitesinin korunmasında çok önemli bir rol oynar3. Yaygın olarak sıçan kuyruğundan elde edilen tip I kollajen, biyouyumluluğu ve farklı matris sertliği koşullarını karşılayacak şekilde uyarlanabilme yeteneğinin yanı sıra epitel hücreleri için kanıtlanmış bir substrat sağlaması nedeniyle tercih edildi4. 3D kollajen matrisinde, böbrek hücrelerine yapışmalarını, çoğalmalarını ve farklılaşmalarını destekleyen bir iskele sağlanır. Bu ortam, hücrelerin, in vivo koşulları yansıtan gen ekspresyon kalıpları ve hücresel etkileşimler dahil olmak üzere daha doğal morfolojiler ve davranışlar sergilemesini sağlar5. Sonuç olarak, kollajen jeller, ECM'nin destekleyici ve düzenleyici rollerini çoğaltma kapasiteleri nedeniyle kanser araştırmalarından doku mühendisliğine kadar çeşitli uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır.
Sağlıklı böbrek epitelini temsil etmek için ölümsüzleştirilmiş renal proksimal tübüler epitel hücre hattı RPTEC/TERT1 kullanıldı. Bu hücre hattı, insan telomeraz ters transkriptazını aşırı eksprese ederek, temsili bir RPTEC fenotipini korurken kültürde çoğalmasını sağlar. Sıçan kuyruğu kollajen tip I jel matrisi, renal mikroçevreyi yeniden oluşturmak için kullanıldı. Bu kollajen jel matrisi, RPTEC / TERT16 hücrelerinin doğal özelliklerini ve fizyolojik işlevlerini korumalarını destekler. Buna karşılık, renal hücreli karsinom (Caki-1) hücrelerinin kültürlenmesi için hibrit bir kollajen-agaroz jel matrisi kullanılır. Deniz yosunundan elde edilen bir polisakkarit olan agaroz, 3D hücre kültürü sistemlerine başka bir boyut katmaktadır. Termal olarak geri dönüşümlüdür, hazırlama işlemi sırasında kolay kullanım ve manipülasyon sağlar7. Agaroz jelleri, hücre canlılığını koruyan ve kanser hücrelerini çoğaltarak karmaşık yapıların oluşumunu destekleyen nötr bir destekleyici matris sağlar. Kollajen ile birleştirildiğinde, elde edilen hibrit jel, kollajenden gelen biyokimyasal ipuçlarından ve agarozdan gelen yapısal destekten yararlanır. Bu kombinasyon, renal hücreli karsinom (RCC) Caki-1 hücreleri8 için sferoidlere büyüme için uygun bir mikro çevre oluşturur ve böbrek kanseri modeli olarak kullanılır.
RPTEC/TERT1 ve Caki-1 hücreleri için bu farklı 3D matrislerin kullanılması, ECM ortamının farklı hücre tiplerinin özel ihtiyaçlarına göre uyarlanmasının önemini vurgulamaktadır. Sağlıklı renal epiteli temsil eden RPTEC'i veya RCC'yi temsil eden Caki-1 hücrelerini içeren jeller, hücreler arasında kültür ortamını yeniden dolaştıran ve sağlıklı renal hücre modelini doğrudan temas olmaksızın RCC'nin salgılarına etkili bir şekilde maruz bırakan bir mikroakışkan sistemde birleştirildi. Bu çalışmada kullanılan TissUse HUMUMIC platformu 9,10 (bundan böyle çok organlı çip platformu olarak anılacaktır), akışı harici bir perfüzyon ünitesi tarafından yönlendirilen iki bağımsız akışkan devresine sahip bir mikrofizyoloji çipinden oluşur.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
NOT: Bu protokoller, 3D kollajen-agaroz jellerinin hazırlanması, hücrelerin enjekte edilmesi, numunelerin perfüze edilmesi ve daha fazla analiz için çıkarılması için kapsamlı adımları özetlemektedir. Kuluçka sürelerini ve koşullarını belirli deneysel gereksinimlere göre ayarlayın.
1. Kollajen ve agaroz jel matrisinin hazırlanması
Şekil 1: Renal tübüllerin rekonstrüksiyonu için 3D baskılı oda tasarımı. (A,B) Renal tübülleri yeniden yapılandırmak için çapraz bağlı bir kollajen matrisi barındırmak üzere tasarlanmış 3D baskılı odanın temsili. Her oda, eşit miktarda jel üretmek için kullanılan dört ayrı bölmeden oluşur. Filament için 1-yerleştirme noktası, 2-sızıntıları önlemek için sadece agar ile doldurulacak 2-ön odacık, 3-kollajen odası, 4-hücreli oda. (C) Çapraz bağlı kollajen jeli ve gömülü renal tübülün boyutları. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: Kollajen ve agar-kollajen jellerinin hazırlanması. (A) Filamentlerin yerleştirildiği 3D baskılı oda. (B) Çapraz bağlı kollajen çözeltisi odanın kuyucuklarına dağıtılır; (C) Kollajen çözeltisi ile doldurulmuş hazne, matris polimerizasyonunu kolaylaştırmak için inkübatöre yerleştirilir; (D) Kollajen matrisine enjeksiyondan önce RPTEC-TERT1 hücrelerinin toplanması (E) Hücre süspansiyonunun eklenmesi: odanın hücre bölmesi (F) Filamentin forseps yardımıyla çıkarılması, hücrelerin matris içindeki içi boş boru şeklindeki yapıyı doldurmasını sağlamak (G) 1.5 mL'lik bir tüpte kollajen ile karıştırılmış RCC hücrelerinin süspansiyonu (H) RCC jeli oluşturmak için hücrelere% 2 agar çözeltisi eklenmesi. (I) Jeller, matris jelleşmesini kolaylaştırmak için inkübatöre yerleştirilir (J,K,L) Renal tübüller ile polimerize kollajen jelin bir spatula yardımıyla 3D baskılı hazneden çıkarılması ve daha sonraki işlemlerden önce 24 oyuklu bir plakaya yerleştirilmesi (M,N,O) Polimerize kollajen-agar jelinin bir spatula yardımıyla RCC hücreleri ile çıkarılması, ve daha fazla işlemeden önce bunları 24 oyuklu bir plakaya yerleştirmek Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: Mikroakışkan kültür sisteminin montajı. (A,B) Humimic chip2'nin kültür bölmelerinin özel bir alet kullanılarak açılması (C) Çipi yıkamak için kullanılan kültür ortamını çıkardıktan sonra, 400 μL taze kültür ortamı ekleyin. (D,E) Böbrek ve RCC jellerini ilgili 24 oyuklu plakadan çıkardıktan sonra, jelleri işlemek için spatula kullanarak her bir jeli Hümik çipin tek bir perfüzyon devresinin kültür bölmesine yerleştirin. (F,G) Jelleri çip içine yerleştirdikten sonra, kültür odaları kapatılır ve çip, özel borularla bağlanan her bir mikroakışkan devredeki üç mikro pompa aracılığıyla perfüzyon ünitesine bağlanır. (H) Çipler, kültür periyodu süresince inkübatöre yerleştirilir (I) Kontrol ünitesinde ayarlanan perfüzyon parametreleri. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
2. RPTEC / TERT1 hücrelerinin enjeksiyonu
3. 3D hücre örneklerinin perfüzyonu
Perfüzyon toplama sonrası 4. 3D hücresi örnekleri
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
HUMIMIC sistemi, metabolik atıkları giderirken sürekli besin ve oksijen tedarikini sağlayan dinamik bir ortam sağlar, böylece uzun süreler boyunca hücre canlılığını ve işlevini korur. Bu sistemler, belirli dokuların mikro çevresini kopyalayan karmaşık, çip üzerinde organ modelleri oluşturmak için özellikle faydalıdır. Çip üzerinde organ uygulamaları için özel olarak tasarlanmıştır ve doku ve organların fizyolojik koşullarını simüle etmede kritik fakt...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Bu çalışmada açıklanan protokol, iki farklı hücre tipinin (renal proksimal tübüler epitel hücreleri (RPTEC / TERT1) ve renal hücreli karsinom (Caki-1) hücreleri - spesifik kollajen ve kollajen-agaroz jel matrisleri içinde entegrasyonundan yararlanan karmaşık bir böbrek kanseri modelinin geliştirilmesini temsil etmektedir. Kollajen jellerinin hazırlanması bu modelin başarısı için kritik öneme sahiptir. Perfüzyon işlemi boyunca matrisin yapısal bütünlüğünü ...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Yazarların beyan edebilecekleri herhangi bir çıkar çatışması yoktur.
Maryna Somova, Mecklenburg-Vorpommern'deki Greifswald Üniversitesi Doktora Bursu - Landesgraduiertenförderungsgesetzes (Devlet Lisansüstü Finansmanı Yasası) tarafından desteklendi. Yazarlar, Greifswald Üniversitesi Tıp Fakültesi Ortopedi, Travma Cerrahisi ve Rehabilitasyon Tıbbı Merkezi'nden Dr. Janosh Schoon ve Dirk Stobe'a 3D hücre kültürü ve numune hazırlama konusundaki görüşleri için teşekkür eder.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1.5-2.0 mL tubes | Eppendorf | 003012/10237-20205 | |
24-well plates | Sarstedt | 83.3922.500 | |
3D printer | Prusa | ||
Agarose | Carl Roth | 3810.3 | |
AutoDesk Tinker CAD software | computer-assisted design software | ||
Caki-1 cells | ATCC | HTB-46 | |
Caspase activity | Promega | G8090 | Caspase 3/7 assay |
Cell viability | Promega | G7570 | Cell Titer Glo assay |
Collagen Type I – rat tail, 3.0 mg/mL | Corning | 354236 | |
DMEM/12F Medium | PAN Biotech | PO4-41650 | |
DPBS solution | PAN Biotech | P04-53500 | |
Epidermal Growth Factor | Merck | E4127 | |
Fetal Calf Serum | PAN Biotech | P30-3033 | |
Genipin (30 mM) | Merck | G4796 | |
HUMIMIC chips 2 | TissUse | multi-organ chips | |
HUMIMIC control unit | TissUse | multi-organ chip control unit | |
Hydrocortisone | Merck | H6909 | |
Incubator (37 °C, 5% CO2) | nd | ||
Insulin,Sodium selenite,Transferrin (IST) | Merck | I1884 | |
LDH release | Promega | J2380 | |
Metal spatula | nd | ||
NaOH (1 M) | Carl Roth | P031.2 | |
Petri dishes | Sarstedt | 82.1135.500 | |
Polypropylene (PP) filament | Verbatin | 55952 | |
RNA-easy extraction kit | Qiagen | 74104 | |
RPTEC/TERT cells | ATCC | CRL - 4031 | |
TNF-alfa ELISA | R&D Systems | DY210-05 | |
Triiodothyronine (T3 ) | Merck | 709611 | |
Trypsin-EDTA | PAN Biotech | P10-021100 |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
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