Bu proje NIH (R21EB013717) ve IUPUI OVCR (RSFG) tarafından finanse edildi. Yazar, teknik yardım için Bayan Han Shih teşekkürler.

A. makromer ve Peptid Sentezi <ol><li> Köklü protokolleri kullanarak 4-kol PEG-norbornen (PEG4NB) ve photoinitiator Lityum arylphosphanate (LAP). 18,19 sentezlenmesi </li><li> Sentezlemek kimotripsin-duyarlı peptidi içeren bis-sisteyin CGGY ↓ C bir mikrodalga peptid sentezleyicisi (CEM Discover SPS), standart katı faz peptid sentezi ile (ok kimotripsin bölünme yeri ifade eder). <ol class="lalpha"><li> Reçine ve sentez ölçek ikame oranına göre ihtiyaç reçinesi (MBHA Rink-amid reçine) miktarı hesaplanır. 15 dakika boyunca bir reaksiyon kabına (RV) olarak dimetilformamid (DMF) içinde reçine şişer. </li><li> İzleme Fmoc-koruyan% 20 Piperidin ve DMF içinde 0.1 M HOBt ihtiva eden bir çözelti kullanılarak korumanın kaldırılması reçine grubu. Mikrodalga destekli Fmoc-korumasının giderilmesinden (bütün Fmoc-amino asit için) için, aşağıdaki tabloda listelenen parametrelerin kullanımı: <table border="1"><tbody><tr><td> Sentez ölçekli </strong&gt; </td><td> 0.1 mmol </td><td> 0.2 mmol </td></tr><tr><td> Güç </td><td> 20 W </td><td> 50 W </td></tr><tr><td> Sıcaklık </td><td> 75 ° C </td><td> 75 ° C </td></tr><tr><td> Zaman </td><td> 3 dk </td><td> 3 dk </td></tr></tbody></table></li><li> Deproteksiyon ardından, DMF ile reçine durulayın ve Fmoc (N-terminal amin maruziyeti) giderimi onaylamak için ninhidrin testi gerçekleştirin. Reçine 95 ° C&#39;de 2 dakika sonra mavi açmak gerekir </li><li> Başarılı bir korumanın kaldırılması, çift, aşağıdaki tabloda belirtilen parametreler ile bir aktive edici baz çözeltisi içinde C-terminali (sentezi N-terminali, C-ile çalışan) (DMF içinde 0.28 M Diizopropiletilamin (DIEA)) ilk Fmoc-amino asit sonrasında . <table border="1"><tbody><tr><td> Sentez ölçekli </td><td> 0.1 mmol </td><td> 0.2 mmol </td&gt; </tr><tr><td> Güç </td><td> 20 W </td><td> 50 W </td></tr><tr><td> Sıcaklık * </td><td> 75 ° C </td><td> 75 ° C </td></tr><tr><td> Zaman * </td><td> 5 dk </td><td> 5 dk </td></tr></tbody></table> * Kist ve O&#39;nun için, 50 ° C ve 10 dk rasemizasyonu azaltmak için kullanabilirsiniz. </li><li> Reçine durulayın ve niteliksel kaplin tamamlanması (N-terminal amin kaybolması) onaylamak için ninhidrin testi gerçekleştirin. Reçine 95 az 5 dk sonra net olmalıdır ° C Ninhidrin testi pozitif sonuç (mavi renk) dönerse kaplin adım (A.2.d) tekrarlayın. </li><li> Son bir koruma kaldırma adımı ile biten sırayla ilave amino asit için tekrarlayın deproteksiyon (adım A.2.b) ve kavrama (adım A.2.d). </li><li> , RV tahliye diklorometan içindeki 25 ml (DCM) ile reçine yıkayın. Bu adım bir üs olduğunu ve peptid dilinim engel olacaktır DMF, durulayın etmektir. </li><li> 250 m karıştırılarak yarılma kokteyli hazırlayın4.75 ml trifloroasetik asit (TFA), 0.125 ml Triisopropylsilane (TBS) ve 0.125 ml GKD 2 O. fenol g </li><li> Mikrodalga peptid synthesizer 30 dakika RV ve çatlatma içine bölünme solüsyonu ekleyin (Güç = 20 W; Sıcaklık = 38 ° C). </li><li> Vakum manifoldu kullanılarak 50 ml&#39;lik bir santrifüj tüpüne peptid solüsyonu toplayın. </li><li> 40 ml eter içinde çökelti yarılan peptid, girdap 5 dakika boyunca 3000 rpm&#39;de santrifüj tüpü ve peptid toplamak. </li><li> Süpernatant süzün ve adım A.2.k iki kez tekrarlayın. </li><li> Toplayın ve vakum peptid kurutun. </li><li> HPLC kullanarak peptid arındırın ve kütle spektrometresi ile karakterize. </li></ol></li></ol> B. Malzeme Hazırlanması ve Sterilizasyonu <ol><li> Makromer tamamen eriyene kadar PBS, girdap karışım içinde ağırlık olarak% 20 PEG4NB çözelti hazırlayın ve bir şırınga filtresi kullanılarak makromer solüsyon sterilize edin. -20 ° C (hazırlamak alikotları de sterilize çözümü MağazaUzun süreli depolama için). </li><li> PBS içinde% 2 ağ photoinitiator (LAP) çözeltisi hazırlayın ve sterilize edin. Işıktan koruyarak oda sıcaklığında steril çözelti saklayın. </li><li> PBS içinde peptid (CGGYC) karışımı şırınga ile sterilizasyon için çözelti filtre girdap eritilir. Tablet -20 ° C&#39;de peptide çözeltisi ve mağaza kadar (donma-çözülme döngüleri engellemek için) kullanabilirsiniz. </li><li> Tiyol (-SH) Ellman maddesi kullanılarak hazırlanan peptid çözeltideki konsantrasyonu (üreticinin protokolünü takip) belirleyin. Bu adım, tiyol-ene foto-tıklamayla reaksiyonları kullanılmak üzere peptid miktarının hesaplanması için gerekli olduğunu (yani, [SH] / 2) doğru peptid konsantrasyonunu verir. </li><li> Bir jilet (jel kaldırılması için açık ucu) kullanarak steril 1 ml tek kullanımlık enjektör üst kısmını keserek jelleşme kalıpları hazırlayın. Otoklav tarafından şırınga kalıpları sterilize. </li><li> Istenen jel formülasyonu (ene oranı = 1 tiyol) ve stok dostum konsantrasyonları dayanarakrials, polimerin gerekli hacmi, çapraz bağlayıcı peptit, foto başlatıcı ve gerekirse tampon çözeltiler hesaplar. </li></ol> C. Hücre Hazırlanması <ol><li> , Hank&#39;in dengeli tuz çözeltisi (hücre kültür ortamı (;, 100 U / ml penisilin, 100 ug / ml streptomisin, 250 ng / ml Fungizone ile Antibiyotik Antimikotik ve 50 uM β-merkaptoetanol yüksek glikoz DMEM,% 10 fetal bovin serumu içeren) dengelemek 37 HBSS, Ca2 +, Mg2 + boş), ve tripsin-EDTA ° C. </li><li> CO 2 inkübatör MIN6 β-hücreleri içeren matara çıkarın ve laminer akış kaputu şişeler yerleştirin. </li><li> Flasks hücre kültürü medya aspire ve HBSS ile hücre durulayın. </li><li> 2X, 3 ml (% 0.1) Tripsin-EDTA kullanılarak hücrelerin Trypsinize ve 37 dakika süreyle 4 ° C&#39;de inkübe şişeler ve% 5 CO2. <ul><li> Not: Kullan 2X tripsin solüsyon tek hücre süspansiyonu haline MIN6 β-hücrelerinin tam ayrışma sağlar. </li></ul> &lt;/ Li&gt; <li> İnkübasyondan sonra, tamamen hücreleri ayırmak için hafifçe başlık yüzeyi üzerinde şişeler dokunun. Bir mikroskop kullanılarak hücrelerin dekolmanı ve disosiyasyon onaylayın. </li><li> Tripsin nötralize etmek için hücre kültürü ortamı, eşit hacim ekleyin. Yumuşak pipetleme ile iyice karıştırın çözelti, daha sonra 1000 rpm&#39;de 5 dakika için standart tüp ve santrifüj ile karışım aktarın. </li><li> Süpernatant aspire ve yavaşça 4 hücreleri yeniden askıya - kültür ortamı 5 ml. </li><li> Hemasitometre% 50 Tripan mavisi tampon kullanarak hücre yoğunluğu belirleyin. </li></ol> D. Hidrojel Fabrikasyon ve Hücre Kapsülleme <ol><li> Hücreler hazır edildikten sonra, karışım (ene oranı 1:1 &#39;lik bir tiyol göre) PEG4NB, CGGYC LAP, hücre solüsyonu ve bir mikrosantrifüj tüpü içinde HBSS arasında gerekli miktarlar. </li><li> Nazikçe homojen bir karışım elde edilir ve bir şırınga kalıp ile ortaya çıkan solüsyon 25 ul eklemek için bir pipet kullanılarak çözelti karıştırılır. UV ışık (365 şırınga Açığanm, 2 dakika için 5 mW / cm 2). </li><li> Aşağıda, fotopolimerizasyon, steril bir 24 oyuklu plaka içeren bir hücre kültür ortamı içine dalma jeller ve 37 hidrojeller inkübe ° C ve% 5 CO2. </li><li> 30 gevşek tutturulmuş hücreler durulayın dk ve un-çapraz makromerleri için hücre kültürü ortamında hücre yüklü hidrojellerin yıkayın. Taze ortama jeller aktarın. </li><li> Yenile hücre kültürü ortamı her 2 ila 3 gün. </li></ol> E. Hücre Canlılık Testi Kapsüllü hücre morfolojisi (sentezlenmiş hidrojeller şeffaf olduğu için) ışık mikroskobu kullanılarak görülebilir. Hücre canlılığı görüntülendi ve Ölü / canlı boyama kullanılarak ve nicelik AlamarBlue reaktifi kullanarak nitel ölçülebilir. E.1. Ölü / canlı boyama <ol><li> Oda sıcaklığında Ölü / canlı boyama reaktifleri çözülme. </li><li> Kurallı bir tüp içinde lekeli olmak için numune sayısı (n) göre PBS ekleyin: PBS = n&gt; toplam hacmi × 500 ul </li><li> Calcein AM ve PBS içeren standart tüp için PBS içinde 1 mL başına EthD-1, 2 ul pipetle 0.25 ul. Bileşenlerini karıştırmak için Vortex çözüm. </li><li> Bir orbital çalkalayıcı üzerinde, oda sıcaklığında 1 saat için canlı / Ölü boyama çözeltisi içinde hücre-yüklü hidrojeller (0.5 ml / numune) inkübe edin. </li><li> Bir Pasteur pipeti kullanarak, boya çözeltisi kaldırmak ve PBS ile iki kez durulama örnek. </li><li> Bir kapak kayma veya cam slayt üzerine örnek yerleştirin. Gözlemleyin ve konfokal mikroskop kullanılarak görüntü hücreleri. </li></ol> E.2. AlamarBlue Assay <ol><li> 10 v / hücre kültürü ortamında v% AlamarBlue çözeltisi hazırlayın. </li><li> Inkübatör hidrojellerin çıkarın ve hidrojel ile herhangi bir temas olmadan her kuyudan medya üzerinden aspire. </li><li> 16 saat boyunca% 10 AlamarBlue çözelti 500 ul hücre-yüklü hidrojeller ve içi boş bir kuyu (negatif kontrol) inkübe edin. </li><li> Pipet 200 ul, inkübasyon sonrasındabir mikroplaka okuyucusu (560 nm, emisyon: 590 nm&#39;de eksitasyon) kullanılarak 96 oyuklu plaka ve floresan ölçümü olarak AlamarBlue çözeltisi eklendi. <ul><li> Yükseköğretim hücresel metabolik aktivitesi yüksek floresans okuma vermek için boya azaltır. </li><li> Boşluk olarak% 10 Alamarblue çözüm en az iki kuyu dahil ettiğinizden emin olun. Verileri analiz ederken, örneklerin floresans okuma ortalama boş floresans değeri çıkarmak. </li></ul></li></ol> F. kimotripsin Jel Erozyon ve Sfero Kurtarma Yönlendirilen <ol><li> HBBS ve steril filtre çözelti içinde serbest Tripsin-α-kimotripsin çözeltinin 1 mg / ml hazırlayın. </li><li> Tam erozyon jel elde edilene kadar hafif bir sallama ile oda sıcaklığında kimotripsin çözelti, hidrojel (her bir jel için 500 ul) inkübe edin. <ul><li> 25 ul jel için, tam erozyon süresi yaklaşık 5 dakikadır. </li></ul></li><li> Faaliyet azaltmak için birkaç dakika buz üzerinde plaka yerleştirinkimotripsin. </li><li> 2 dakika için 300 rpm&#39;de 1 ml tüp ve santrifüj içinde hücre çözelti, 4 ° C aktarın. </li><li> Dikkatlice bir mera pipet kullanarak süpernatant kaldırmak ve yavaşça HBSS içinde sferoidler tekrar süspansiyon haline getirin. </li><li> 24-plaka olarak kurtarılan spheroid çözümü aktarın ve sferoidler yerleşmek için izin vermek için buz üzerinde plaka yerleştirin. </li><li> Boyut analizi için, ışık mikroskobu kullanılarak yerleşmiş sferoidlerin faz kontrast görüntüler elde. Tedbir gibi Nikon Eleman yazılım veya ImageJ gibi yazılımları kullanarak spheroid çapları kurtarıldı. </li></ol> Kurtarılan sferoidlerin G. Fonksiyonel Tahlili G.1. Kurtarılan hücre sferoidler gelen glikoz uyarılmış insülin sekresyonu <ol><li> 24 çukurlu bir plaka içinde, 1 saat boyunca 2 mM glukoz Kerbs-Ringer tampon maddesi (KRB) 500 ul içinde jeller inkübe edilir. </li><li> Jel aşındırın ve F.6 adımları F.1 kullanarak cep sferoidler kurtarabilirsiniz. </li><li> Herhangi yapmadan dikkatlice süpernatant aspirehücre sferoidler temas ve 2 mM glukoz KRB 500 ul sferoidler tekrar süspansiyon haline getirin. </li><li> 0.6 ml tüp hücre parçacıklarının küresel çözüm 100 ul aktarın ve hücre içi ATP ölçümü için buz üzerine yerleştirin. </li><li> Yarı kalan hücre küremsi çözeltisi (iki mikrosantrifüj tüpleri içine) bölünmüş ve 300 rpm, 4 az 2 dakika süreyle santrifüj ° C. </li><li> Aspire süpernatant (hemen hemen altına) ve 2 mM glikoz düşük KRB 1 ml 25 mM yüksek glikoz KRB ve ikinci yarım, 1 ml hücre parçacıkları arasında birinci yarı tekrar süspansiyon. </li><li> Yavaşça 24-plaka kurtarıldı cep sferoidler içeren çözelti Pipeti ve aktarmak. 37, 1 saat boyunca plaka inkübe ° C ve% 5 CO2. </li><li> İnkübasyondan sonra, 2 dakika 1,000 rpm&#39;de ve 4 ° C için bir mikrosantrifüj tüpü ve santrifüj ile çözelti aktarmak </li><li> Insülin için 4 başka bir mikrosantrifüj tüp ve mağaza ° C santrifüje tüpten 500 ul aktarınELISA. </li><li> Insülin ELISA aşağıdaki üretici protokolünü uygulayın. </li></ol> G.2. CellTiter Glo Assay <ol><li> ATP standartları: 10 uM ATP çözeltisi hazırlayın ve 8 standart çözümleri bir dizi elde etmek için seri dilüsyonları gerçekleştirin. </li><li> Beyaz bir 96 kuyulu plaka 50, hücre küremsi çözeltisi ul (adım G.1.6) ve standartlar ekleyin. </li><li> Her bir oyuğa içeren örnekler ve standartlar için, CellTiter Glo reaktif 50 ul ekleyin ve 15 dakika boyunca oda sıcaklığında inkübe edilir. </li><li> İnkübasyon sonrasında, bir mikroplak okuyucu ve ATP standartlarına göre üretilen bir lineer regresyon eğrisi kullanarak kalibre örnek ATP konsantrasyonları kullanılarak örneklerin ve standartların ölçü lüminesans sayımı. </li><li> Örnekteki toplam ATP konsantrasyonunu belirleyin ve bir hücre yüklü hidrojel hücre içi ATP konsantrasyonu elde etmek için numune seyreltme faktörü ile çarpın. </li></ol> G.3. Insülin salınımı belirleyin <ol><li> Amou hesaplayıninsülin nt düşük glikoz ortamda salgılanan insülin miktarı yüksek glikoz orta salgılanan insülin miktarı oranı alınarak geri kazanılmış sferoidler salgılanır. </li><li> Kurtarılan hücre parçacıkları arasında intrasellüler ATP ilgili tutar ile hücre parçacıkları arasında sayılabilir insülin içeriği Normalize. </li></ol>

<ol>
	<li>Tibbitt, M. W., Anseth, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogels+as+extracellular+matrix+mimics+for+3D+cell+culture.">Hydrogels as extracellular matrix mimics for 3D cell culture.</a> Biotechnology and bioengineering. 103, 655-663 (2009).</li><li>Lin, C. C., Anseth, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PEG+hydrogels+for+the+controlled+release+of+biomolecules+in+regenerative+medicine.">PEG hydrogels for the controlled release of biomolecules in regenerative medicine.</a> Pharmaceutical research. 26, 631-643 (2009).</li><li>Lin, C. C., Metters, A. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogels+in+controlled+release+formulations:+network+design+and+mathematical+modeling.">Hydrogels in controlled release formulations: network design and mathematical modeling.</a> Advanced drug delivery reviews. 58, 1379-1408 (2006).</li><li>Khetan, S., Burdick, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Patterning+hydrogels+in+three+dimensions+towards+controlling+cellular+interactions.">Patterning hydrogels in three dimensions towards controlling cellular interactions.</a> Soft Matter. 7, 830-838 (2011).</li><li>Aimetti, A. A., Tibbitt, M. W., Anseth, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+neutrophil+elastase+responsive+delivery+from+poly(ethylene+glycol)+hydrogels.">Human neutrophil elastase responsive delivery from poly(ethylene glycol) hydrogels.</a> Biomacromolecules. 10, 1484-1489 (2009).</li><li>Weber, L. M., He, J., Bradley, B., Haskins, K., Anseth, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PEG-based+hydrogels+as+an+in+vitro+encapsulation+platform+for+testing+controlled+beta-cell+microenvironments.">PEG-based hydrogels as an in vitro encapsulation platform for testing controlled beta-cell microenvironments.</a> Acta biomaterialia. 2, 1-8 (2006).</li><li>Lin, C. C., Raza, A., Shih, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PEG+hydrogels+formed+by+thiol-ene+photo-click+chemistry+and+their+effect+on+the+formation+and+recovery+of+insulin-secreting+cell+spheroids.">PEG hydrogels formed by thiol-ene photo-click chemistry and their effect on the formation and recovery of insulin-secreting cell spheroids.</a> Biomaterials. 32, 9685-9695 (2011).</li><li>Lin, C. C., Anseth, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glucagon-like+peptide-1+functionalized+PEG+hydrogels+promote+survival+and+function+of+encapsulated+pancreatic+beta-cells.">Glucagon-like peptide-1 functionalized PEG hydrogels promote survival and function of encapsulated pancreatic beta-cells.</a> Biomacromolecules. 10, 2460-2467 (2009).</li><li>Lin, C. C., Anseth, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell-cell+communication+mimicry+with+poly(ethylene+glycol)+hydrogels+for+enhancing+beta-cell+function.">Cell-cell communication mimicry with poly(ethylene glycol) hydrogels for enhancing beta-cell function.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108, 6380-6385 (2011).</li><li>Hui, H., Nourparvar, A., Zhao, X., Perfetti, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glucagon-like+peptide-1+inhibits+apoptosis+of+insulin-secreting+cells+via+a+cyclic+5'-adenosine+monophosphate-dependent+protein+kinase+A-+and+a+phosphatidylinositol+3-kinase-dependent+pathway.">Glucagon-like peptide-1 inhibits apoptosis of insulin-secreting cells via a cyclic 5'-adenosine monophosphate-dependent protein kinase A- and a phosphatidylinositol 3-kinase-dependent pathway.</a> Endocrinology. 144, 1444-1445 (2003).</li><li>Weber, L. M., Lopez, C. G., Anseth, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+PEG+hydrogel+crosslinking+density+on+protein+diffusion+and+encapsulated+islet+survival+and+function.">Effects of PEG hydrogel crosslinking density on protein diffusion and encapsulated islet survival and function.</a> Journal of biomedical materials research. Part A. 90, 720-729 (2009).</li><li>Weber, L. M., Hayda, K. N., Haskins, K., Anseth, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effects+of+cell-matrix+interactions+on+encapsulated+beta-cell+function+within+hydrogels+functionalized+with+matrix-derived+adhesive+peptides.">The effects of cell-matrix interactions on encapsulated beta-cell function within hydrogels functionalized with matrix-derived adhesive peptides.</a> Biomaterials. 28, 3004-3011 (2007).</li><li>Hsu, C. W., Olabisi, R. M., Olmsted-Davis, E. A., Davis, A. R., West, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cathepsin+K-sensitive+poly(ethylene+glycol)+hydrogels+for+degradation+in+response+to+bone+resorption.">Cathepsin K-sensitive poly(ethylene glycol) hydrogels for degradation in response to bone resorption.</a> Journal of biomedical materials research. Part A. 98, 53-62 (2011).</li><li>Leslie-Barbick, J. E., Moon, J. J., West, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Covalently-immobilized+vascular+endothelial+growth+factor+promotes+endothelial+cell+tubulogenesis+in+poly(ethylene+glycol)+diacrylate+hydrogels.">Covalently-immobilized vascular endothelial growth factor promotes endothelial cell tubulogenesis in poly(ethylene glycol) diacrylate hydrogels.</a> Journal of biomaterials science. Polymer. 20, 1763-1779 (2009).</li><li>Moon, J. J., Hahn, M. S., Kim, I., Nsiah, B. A., West, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micropatterning+of+poly(ethylene+glycol)+diacrylate+hydrogels+with+biomolecules+to+regulate+and+guide+endothelial+morphogenesis.">Micropatterning of poly(ethylene glycol) diacrylate hydrogels with biomolecules to regulate and guide endothelial morphogenesis.</a> Tissue engineering. Part A. 15, 579-585 (2009).</li><li>Hoyle, C. E., Bowman, C. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thiol-ene+click+chemistry.">Thiol-ene click chemistry.</a> Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 49, 1540-1573 (2010).</li><li>Hoyle, C. E., Lowe, A. B., Bowman, C. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thiol-click+chemistry:+a+multifaceted+toolbox+for+small+molecule+and+polymer+synthesis.">Thiol-click chemistry: a multifaceted toolbox for small molecule and polymer synthesis.</a> Chemical Society reviews. 39, 1355-1387 (2010).</li><li>Fairbanks, B. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Versatile+Synthetic+Extracellular+Matrix+Mimic+via+Thiol-Norbornene+Photopolymerization.">A Versatile Synthetic Extracellular Matrix Mimic via Thiol-Norbornene Photopolymerization.</a> Adv. Mater. 21, 5005 (2009).</li><li>Fairbanks, B. D., Schwartz, M. P., Bowman, C. N., Anseth, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoinitiated+polymerization+of+PEG-diacrylate+with+lithium+phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate:+polymerization+rate+and+cytocompatibility.">Photoinitiated polymerization of PEG-diacrylate with lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate: polymerization rate and cytocompatibility.</a> Biomaterials. 30, 6702-6707 (2009).</li><li>Zustiak, S. P., Leach, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+protein+release+from+hydrolytically+degradable+poly(ethylene+glycol)+hydrogels.">Characterization of protein release from hydrolytically degradable poly(ethylene glycol) hydrogels.</a> Biotechnology and bioengineering. 108, 197-206 (2011).</li></ol>

Çıkar çatışması ilan etti.

Açıklanan protokol adım büyüme fotopolimerizasyon oluşturduğu tiyol-ene hidrojeller hücrelerin kolay kapsülleme ilgili ayrıntılar sunuyor. Tiol fonksiyonel grupların norbornen 1:1 bir stokiyometrik oran bu protokolde kullanılan iken, oran deneyler bağlı olarak ayarlanabilir. Doğru formülasyon ilave olarak, bu ön-polimer solüsyonu içinde homojenlik sağlamak için önemlidir. Özellikle, jel özellikleri hücre ve varyasyon topaklanma önlemek için çok hücre iyi ön polimer çözeltisi içinde dağ...

Hidrojeller. Tamir ve rejenere dokular için iskele malzemesi olarak olağanüstü potansiyele sahip hidrofilik çapraz polimerlerdir hidrojellerin 1-3 su içeriği yüksek oksijen ve hücre canlılığı korumak için çok önemlidir her hangi besin ve hücresel metabolik ürünlerin, değişimi kolay difüzyon verir. Buna ek olarak, hidrojel kontrollü serbest bırakma ve yüksek tunability bağlı olarak hücre dağıtım için mükemmel taşıyıcılar. Örneğin poli (etilen glikol) (PEG) gibi hazırlanan 2 sentetik hidrojel artan bir şekilde büyük ölçüde onların cytocompatibility için, doku mühendisliği uygulamalarda kullanılır, doku malzemelerin fiziksel ve mekanik özellikleri gibi esneklik ve yüksek tunability. 4-6 Yaygın olarak kullanılan bir hidrojel platformu rağmen, çalışmalar zincir büyüme photopolymerizations oluşturduğu PEG diacrylate (PEGDA) hidrojellerin kapsüllü hücreleri Duri zarar eğilimi olduğunu göstermiştirng ağ çapraz ve yerinde hücre encapsulation. 7 hücresel hasarı büyük ölçüde hidrojeller içine kroslink polimer zincirleri PEGDA üzerine vinil gruplar aracılığıyla yaymak photoinitiator molekülleri tarafından oluşturulan radikal türleri bağlandı. Ne yazık ki, bu radikal türleri de özellikle pankreatik β-hücreleri gibi radikal duyarlı hücreler için, hücre kapsülleme sırasında stres ve hücre hasarına neden. 8-10 amacıyla daha iyi difüzyon ve hücre canlılığı, yüksek molekül ağırlıkları PEGDA için daha yüksek bir mesh boyutu elde etmek için genellikle hücreye yoğunlaştırmak için kullanılır. Bununla birlikte, bu polimerizasyon kinetiğini bozmakta ve sub-optimal jel biyo-fiziksel özelliklere yol açmaktadır. 7,11,12 yukarıda bahsedilen dezavantajlara ek olarak, bağlı bir heterojen ve non-parçalanabilir olmaları PEGDA hidrojeller elde edilen hücre yapıları geri kazanılması için çok zordur Çapraz bağlı ağ. Proteaz-duyarlı peptidler dahil edilebilirkenenzimatik yarılma duyarlı aksi asal PEGDA hidrojeller işlemek için PEG makromer omurga içine, konjugasyon genellikle pahalı reaktifler kullanır ve çıkan ağlar nedeniyle hala zincir polimerleşme doğası heterojenlik yüksek derecede içerir. 13-15 Son zamanlarda, adım-büyüme tiyol-ene fotopolimerizasyon yoluyla oluşmuş PEG-peptid hidrojeller zincir büyüme fotopolimerizasyon oluşan hidrojeller fazla hücre kapsülleme için tercihli özelliklerini gösterdikleri oylandı. Tiyol-ene hidrojellerin 7 üstün jelleşme kinetiği &#39;tık atfedilir tiyol ve ene işlevleri arasındaki reaksiyon &#39;doğası. PEGDA zincir-büyüme polimerizasyonu ile karşılaştırıldığında, tiyol-ene reaksiyonu olan hızlı jelleşme oranı ile sonuçlanır. Daha az oksijen 16,17 Tiyol-ene hidrojeller de yüksek polimerizasyon verimi ve zincir-büyüme PEGDA hidrojeller, 7 göre daha iyi jel biyofiziksel özelliklere sahip inhibe edilir , 18 &lt;/ Sup&gt; hangi fotopolimerizasyon sırasında radikal türlerinin neden sınırlı hücresel hasar ile sonuçlanır. Daha önce, tiyol-ene hidrojeller 4-kol, PEG-norbornen (PEG4NB) makromer ve bu gibi bis-sisteyin içeren peptit çapraz bağlayıcılar, oluşan proteaz-duyarlı peptidler hücre kapsülleme için kullanılmıştır. PEG hidrojel ağların 7,18 yüksek tunability bir sunmaktadır hücre canlılığı ve etkinliği araştırmak için esnek ve kontrol edilebilir 3D mikroçevrede, proteaz duyarlı peptid dizisi kullanımı hidrojeller içinde doğal olarak oluşan hücre yapıları kurtarma için hafif bir şekilde sağlıyor. Bu protokolü biz 4-kol PEG-norbornen (PEG4NB) ve MIN6 β-hücre kapsülleme için kimotripsin duyarlı peptid çaprazbaglayıcı (CGGY ↓ C) kullanarak fabrikasyon adım büyüme photopolymerized tiyol-ene hidrojeller kullanmaktadır. Bu protokol sistematik MIN6 hayatta kalma, proliferasyon ve sfero oluşumunu incelemek için teknikler ayrıntılandırdığıtiyol-ene Hidrojellerde β-hücreleri. Biz daha fazla β-hücre spheroid kurtarma ve iyileşti sferoidlerin biyolojik karakterizasyonu için bir yöntem sağlar.

<table border="1"><tbody><tr><td> Isim </td><td> Şirket </td><td> Katalog Numarası </td><td> Yorumlar </td></tr><tr><td> 4-kol PEG (20kDa) </td><td> Jenkem Teknolojisi ABD </td><td> 4ARM-PEG-20K </td><td></td></tr><tr><td> Fmoc-amino asit </td><td> Anaspec </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Ölü / Canlı hücre canlılığı kiti </td><td> Invitrogen </td><td> L3224 </td><td> Calcein AM ve Etidyum homodimer-1 içerir </td></tr><tr><td> AlamarBlue reaktifi </td><td> Abd Serotec </td><td> BUF012 </td><td></td></tr><tr><td> CellTiter Glo reaktifi </td><td> Promega </td><td> G7570 </td><td></td></tr><tr><td> DPBS </td><td> Lonza </td><td> 17-512F </td><td> Ca +2 ve Mg +2 olmadan </td></tr><tr><td> HBSS </td><td> Lonza </td><td> 10547F </td><td> OlmadanCa +2 ve Mg +2 </td></tr><tr><td> Yüksek Glikoz DMEM </td><td> Hyclone </td><td> SH30243.01 </td><td></td></tr><tr><td> FBS </td><td> Gibco </td><td> 16000-044 </td><td></td></tr><tr><td> Antibiyotik-Antimikotik </td><td> Invitrogen </td><td> 15240-062 </td><td></td></tr><tr><td> β-merkaptoetanol </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> M7522-100ML </td><td></td></tr><tr><td> Tripsin-EDTA </td><td> Invitrogen </td><td> 15400-054 </td><td></td></tr><tr><td> Tripsin-serbest α-kimotripsin </td><td> Worthington Biyokimyasal Corp </td><td> LS001432 </td><td></td></tr><tr><td> Fare Inusin ELISA kiti </td><td> Mercodia </td><td> 10-1247-01 </td><td></td></tr><tr><td> 1 ml tek kullanımlık şırınga </td><td> BD Biosciences </td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

generation and recovery of &beta;-cell spheroids from step-growth peg-peptide hydrogels

Hidrojeller kültürleme terapötik açıdan anlamlı hücreleri veya dokuları için esneklik ve yüksek düzeyde geçiş doku gibi olan bir üç-boyutlu, çapraz bağlı hidrofilik mikroçevrede sağlamak polimerlerdir. Poli (etilen glikol) (PEG) türevi kullanılarak hazırlanmıştır Hidrojeller giderek artan bir şekilde ayarlanabilir ve cytocompatible özellikleri nedeniyle kısmen, doku mühendisliği çeşitli uygulamalar için kullanılmaktadır. Bu protokol, pankreas MIN6 b-hücrelerinin kapsüllenmesinde PEG-peptid hidrojeller imal tiyol-ene adım büyüme photopolymerizations kullanılmıştır. Jeller 4 kollu PEG-norbornen (PEG4NB) makromer ve kimotripsin duyarlı peptid çaprazbaglayıcı (CGGYC) tarafından oluşturulmuştur. PEG hidrofilik olmayan kirlenme doğa, 3D hücre canlılığı ve çoğalma için cytocompatible mikroçevrede sunarken kimotripsin duyarlı peptid sekansı (kullanımı C GGY ↓ C, ok enzimi bölünme yeri gösterir iken terminali kisteine artıkları) tiol-ene çapraz bağlama için ilave edildi içinde hidrojel oluşturan hücre yapıları hızlı bir iyileşme sağlar. Aşağıdaki protokol için teknikler ayrıntılarına: tiyol-ene hidrojeller olarak MIN6 β-hücrelerinin (1) Kapsülleme, (2) nitel ve nicel hücre canlılığı deneyleri hücre hayatta kalma ve çoğalma belirlemek için, (3) hücre parçacıkları arasında Recovery kimotripsin-aracılı jel kullanılarak erozyon ve kurtarılan sferoidlerin (4) yapısal ve fonksiyonel analiz.

<html> Rakamlar kapsülleme, hayatta kalma, proliferasyon, sfero oluşumu ve tiyol-ene Hidrojellerde spheroid kurtarma için 1-4 gösterisi temsilcisi sonuçlar. Şekil 1 PEG4NB ve CGGYC kullanarak (1) adım büyüme tiyol-ene fotopolimerizasyon reaksiyonu şematik ve ( Bir yüzeye erozyon mekanizması aşağıdaki 2) kimotripsin aracılı jel erozyonu. Canlı / Ölü boyama ve AlamarBlue testi kullanılarak elde edilen Şekil 2 ve 3 mev...

Watch this Scientific Journal Video about Generation and Recovery of Î²-cell Spheroids From Step-growth PEG-peptide Hydrogels at JoVE.com

Generation and Recovery of &amp;#946;-cell Spheroids From Step-growth PEG-peptide Hydrogels

Aşağıdaki protokol tiyol-ene fotoğrafı tıklama reaksiyonlar oluşturduğu adım büyüme PEG-peptid Hidrojellerde pankreatik β-hücreleri encapsulating için teknikler sağlar. Bu malzeme platformu hücre kapsülleme için cytocompatible mikroçevrede sunuyor, ama aynı zamanda hidrojellerin bünyesinde oluşturulan hücre yapılarının kullanıcı kontrollü hızlı iyileşme sağlar sadece.

Adım büyüme PEG-peptid Hidrojeller kaynaktan β-hücre sferoidlerin Üretimi ve Kurtarma

Hydrogels are hydrophilic crosslinked polymers that provide a three-dimensional  microenvironment with tissue-like elasticity and high permeability for  ...

generation-recovery-cell-spheroids-from-step-growth-peg-peptide

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Generation and Recovery of &beta;-cell Spheroids From Step-growth PEG-peptide Hydrogels

14.1K Görüntüleme.  Indiana University - Purdue University at Indianapolis. Aşağıdaki protokol tiyol-ene fotoğrafı tıklama reaksiyonlar oluşturduğu adım büyüme PEG-peptid Hidrojellerde pankreatik β-hücreleri encapsulating için teknikler sağlar. Bu malzeme platformu hücre kapsülleme için cytocompatible mikroçevrede sunuyor, ama aynı zamanda hidrojellerin bünyesinde oluşturulan hücre yapılarının kullanıcı kontrollü hızlı iyileşme sağlar sadece.

Video: Generation and Recovery of &#946;-cell Spheroids From Step-growth PEG-peptide Hydrogels

A Simple Hanging Drop Cell Culture Protocol for Generation of 3D Spheroids

Studies of cell-cell cohesion and cell-substratum adhesion have historically been performed on monolayer cultures adherent to rigid substrates. Cells within a tissue, however, are typically encased within a closely packed tissue mass in which cells establish intimate connections with many near-neighbors and with extracellular matrix components. Accordingly, the chemical milieu and physical forces experienced by cells within a 3D tissue are fundamentally different than those experienced by cells grown in monolayer culture. This has been shown to markedly impact cellular morphology and signaling. Several methods have been devised to generate 3D cell cultures including encapsulation of cells in collagen gels1or in biomaterial scaffolds2. Such methods, while useful, do not recapitulate the intimate direct cell-cell adhesion architecture found in normal tissues. Rather, they more closely approximate culture systems in which single cells are loosely dispersed within a 3D meshwork of ECM products. Here, we describe a simple method in which cells are placed in hanging drop culture and incubated under physiological conditions until they form true 3D spheroids in which cells are in direct contact with each other and with extracellular matrix components. The method requires no specialized equipment and can be adapted to include addition of any biological agent in very small quantities that may be of interest in elucidating effects on cell-cell or cell-ECM interaction. The method can also be used to co-culture two (or more) different cell populations so as to elucidate the role of cell-cell or cell-ECM interactions in specifying spatial relationships between cells. Cell-cell cohesion and cell-ECM adhesion are the cornerstones of studies of embryonic development, tumor-stromal cell interaction in malignant invasion, wound healing, and for applications to tissue engineering. This simple method will provide a means of generating tissue-like cellular aggregates for measurement of biomechanical properties or for molecular and biochemical analysis in a physiologically relevant model.

We describe a simple, rapid method of generating 3D tissue-like spheroids and their potential application to quantify differences in cell-cell interactions.

3D parçacıklarının Üretimi için Basit Asma Bırak Hücre Kültürü Protokolü

Studies of cell-cell cohesion and cell-substratum adhesion have historically been performed on monolayer cultures adherent to rigid substrates. Cells ...

Biyomühendislik

Alginate Hydrogels for Three-Dimensional Organ Culture of Ovaries and Oviducts

Ovarian cancer is the fifth leading cause of cancer deaths in women and has a 63% mortality rate in the United States1. The cell type of origin for ovarian cancers is still in question and might be either the ovarian surface epithelium (OSE) or the distal epithelium of the fallopian tube fimbriae2,3. Culturing the normal cells as a primary culture in vitro will enable scientists to model specific changes that might lead to ovarian cancer in the distinct epithelium, thereby definitively determining the cell type of origin. This will allow development of more accurate biomarkers, animal models with tissue-specific gene changes, and better prevention strategies targeted to this disease.
Maintaining normal cells in alginate hydrogels promotes short term in vitro culture of cells in their three-dimensional context and permits introduction of plasmid DNA, siRNA, and small molecules. By culturing organs in pieces that are derived from strategic cuts using a scalpel, several cultures from a single organ can be generated, increasing the number of experiments from a single animal. These cuts model aspects of ovulation leading to proliferation of the OSE, which is associated with ovarian cancer formation. Cell types such as the OSE that do not grow well on plastic surfaces can be cultured using this method and facilitate investigation into normal cellular processes or the earliest events in cancer formation4.
Alginate hydrogels can be used to support the growth of many types of tissues5. Alginate is a linear polysaccharide composed of repeating units of &beta;-D-mannuronic acid and &alpha;-L-guluronic acid that can be crosslinked with calcium ions, resulting in a gentle gelling action that does not damage tissues6,7. Like other three-dimensional cell culture matrices such as Matrigel, alginate provides mechanical support for tissues; however, proteins are not reactive with the alginate matrix, and therefore alginate functions as a synthetic extracellular matrix that does not initiate cell signaling5. The alginate hydrogel floats in standard cell culture medium and supports the architecture of the tissue growth in vitro.
A method is presented for the preparation, separation, and embedding of ovarian and oviductal organ pieces into alginate hydrogels, which can be maintained in culture for up to two weeks. The enzymatic release of cells for analysis of proteins and RNA samples from the organ culture is also described. Finally, the growth of primary cell types is possible without genetic immortalization from mice and permits investigators to use knockout and transgenic mice.

Culture of normal cells in their three-dimensional context represents an alternative method to study early events required for cellular transformation and tumorigenesis. This method is used to grow normal ovarian and oviductal cells to study early events in ovarian cancer formation.

Yumurtalıklar ve fallop borularında Üç Boyutlu Organ Kültür Aljinatta Hidrojeller

Ovarian cancer is the fifth leading cause of cancer deaths in women and has a 63% mortality rate in the United States1. The cell type of origin for ...

Light-mediated Formation and Patterning of Hydrogels for Cell Culture Applications

Click chemistries have been investigated for use in numerous biomaterials applications, including drug delivery, tissue engineering, and cell culture. In particular, light-mediated click reactions, such as photoinitiated thiol&#8722;ene and thiol&#8722;yne reactions, afford spatiotemporal control over material properties and allow the design of systems with a high degree of user-directed property control. Fabrication and modification of hydrogel-based biomaterials using the precision afforded by light and the versatility offered by these thiol&#8722;X photoclick chemistries are of growing interest, particularly for the culture of cells within well-defined, biomimetic microenvironments. Here, we describe methods for the photoencapsulation of cells and subsequent photopatterning of biochemical cues within hydrogel matrices using versatile and modular building blocks polymerized by a thiol&#8722;ene photoclick reaction. Specifically, an approach is presented for constructing hydrogels from allyloxycarbonyl (Alloc)-functionalized peptide crosslinks and pendant peptide moieties and thiol-functionalized poly(ethylene glycol) (PEG) that rapidly polymerize in the presence of lithium acylphosphinate photoinitiator and cytocompatible doses of long wavelength ultraviolet (UV) light. Facile techniques to visualize photopatterning and quantify the concentration of peptides added are described. Additionally, methods are established for encapsulating cells, specifically human mesenchymal stem cells, and determining their viability and activity. While the formation and initial patterning of thiol-alloc hydrogels are shown here, these techniques broadly may be applied to a number of other light and radical-initiated material systems (e.g., thiol-norbornene, thiol-acrylate) to generate patterned substrates.

We describe a sequential process for light-mediated formation and subsequent biochemical patterning of synthetic hydrogel matrices for three-dimensional cell culture applications. The construction and modification of hydrogels with cytocompatible photoclick chemistry is demonstrated. Additionally, facile techniques to quantify and observe patterns and determine cell viability within these hydrogels are presented.

Hücre Kültürü Uygulamaları için Hidrojeller Işık aracılı Oluşumu ve Desenlendirme

Click chemistries have been investigated for use in numerous biomaterials applications, including drug delivery, tissue engineering, and cell culture. In ...

Tunable Hydrogels from Pulmonary Extracellular Matrix for 3D Cell Culture

Here we present a method for establishing multiple component cell culture hydrogels for in vitro lung cell culture. Beginning with healthy en bloc lung tissue from porcine, rat, or mouse, the tissue is perfused and submerged in subsequent chemical detergents to remove the cellular debris. Histological comparison of the tissue before and after processing confirms removal of over 95% of double stranded DNA and alpha galactosidase staining suggests the majority of cellular debris is removed. After decellularization, the tissue is lyophilized and then cryomilled into a powder. The matrix powder is digested for 48 hr in an acidic pepsin digestion solution and then neutralized to form the pregel solution. Gelation of the pregel solution can be induced by incubation at 37 &#176;C and can be used immediately following neutralization or stored at 4 &#176;C for up to two weeks. Coatings can be formed using the pregel solution on a non-treated plate for cell attachment. Cells can be suspended in the pregel prior to self-assembly to achieve a 3D culture, plated on the surface of a formed gel from which the cells can migrate through the scaffold, or plated on the coatings. Alterations to the strategy presented can impact gelation temperature, strength, or protein fragment sizes. Beyond hydrogel formation, the hydrogel stiffness may be increased using genipin.

This is a method to create a 3-dimensional cell culture scaffold from pulmonary extracellular matrix. Intact lung is processed into hydrogels that can support the growth of cells in three-dimensions.

3D Hücre Kültürü için Pulmoner Ekstrasellüler Matrix Ayarlanabilir Hidrojellerinin

Here we present a method for establishing multiple component cell culture hydrogels for in vitro lung cell culture. Beginning with healthy en bloc lung ...

Production of Elastin-like Protein Hydrogels for Encapsulation and Immunostaining of Cells in 3D

Two-dimensional (2D) tissue culture techniques have been essential for our understanding of fundamental cell biology. However, traditional 2D tissue culture systems lack a three-dimensional (3D) matrix, resulting in a significant disconnect between results collected in vitro and in vivo. To address this limitation, researchers have engineered 3D hydrogel tissue culture platforms that can mimic the biochemical and biophysical properties of the in vivo cell microenvironment. This research has motivated the need to develop material platforms that support 3D cell encapsulation and downstream biochemical assays. Recombinant protein engineering offers a unique toolset for 3D hydrogel material design and development by allowing for the specific control of protein sequence and therefore, by extension, the potential mechanical and biochemical properties of the resultant matrix. Here, we present a protocol for the expression of recombinantly-derived elastin-like protein (ELP), which can be used to form hydrogels with independently tunable mechanical properties and cell-adhesive ligand concentration. We further present a methodology for cell encapsulation within ELP hydrogels and subsequent immunofluorescent staining of embedded cells for downstream analysis and quantification.

Recombinant protein-engineered hydrogels are advantageous for 3D cell culture as they allow for complete tunability of the polymer backbone and therefore, the cell microenvironment. Here, we describe the process of recombinant elastin-like protein purification and its application in 3D hydrogel cell encapsulation.

Elastin benzeri Protein Hydrogels üretimi için saklama ve Immunostaining hücre 3D

Two-dimensional (2D) tissue culture techniques have been essential for our understanding of fundamental cell biology. However, traditional 2D tissue ...

Controlled Strain of 3D Hydrogels under Live Microscopy Imaging

External forces are an important factor in tissue formation, development, and maintenance. The effects of these forces are often studied using specialized in vitro stretching methods. Various available systems use 2D substrate-based stretchers, while the accessibility of 3D techniques to strain soft hydrogels, is more restricted. Here, we describe a method that allows external stretching of soft hydrogels from their circumference, using an elastic silicone strip as the sample carrier. The stretching system utilized in this protocol is constructed from 3D-printed parts and low-cost electronics, making it simple and easy to replicate in other labs. The experimental process begins with polymerizing thick (&#62;100 &#956;m) soft fibrin hydrogels (Elastic Modulus of ~100 Pa) in a cut-out at the center of a silicone strip. Silicone-gel constructs are then attached to the printed-stretching device and placed on the confocal microscope stage. Under live microscopy the stretching device is activated, and the gels are imaged at various stretch magnitudes. Image processing is then used to quantify the resulting gel deformations, demonstrating relatively homogenous strains and fiber alignment throughout the gel&#8217;s 3D thickness (Z-axis). Advantages of this method include the ability to strain extremely soft hydrogels in 3D while executing in situ microscopy, and the freedom to manipulate the geometry and size of the sample according to the user&#8217;s needs. Additionally, with proper adaptation, this method can be used to stretch other types of hydrogels (e.g., collagen, polyacrylamide or polyethylene glycol) and can allow for analysis of cells and tissue response to external forces under more biomimetic 3D conditions.

The presented method involves uniaxial stretching of 3D soft hydrogels embedded in silicone rubber while allowing live confocal microscopy. Characterization of the external and internal hydrogel strains as well as fiber alignment are demonstrated. The device and protocol developed can assess the response of cells to various strain regimes.

Canlı Mikroskopi Görüntüleme Altında 3D Hidrojellerin Kontrollü Suşu

External forces are an important factor in tissue formation, development, and maintenance. The effects of these forces are often studied using specialized ...

Affordable Oxygen Microscopy-Assisted Biofabrication of Multicellular Spheroids

Multicellular spheroids are important tools for studying tissue and cancer physiology in 3D and are frequently used in tissue engineering as tissue assembling units for biofabrication. While the main power of the spheroid model is in mimicking physical-chemical gradients at the tissue microscale, the real physiological environment (including dynamics of metabolic activity, oxygenation, cell death, and proliferation) inside the spheroids is generally ignored. At the same time, the effects of the growth medium composition and the formation method on the resulting spheroid phenotype are well documented. Thus, characterization and standardization of spheroid phenotype are required to ensure the reproducibility and transparency of the research results. The analysis of average spheroid oxygenation and the value of O2 gradients in three dimensions (3D) can be a simple and universal way for spheroid phenotype characterization, pointing at their metabolic activity, overall viability, and potential to recapitulate in vivo tissue microenvironment. The visualization of 3D oxygenation can be easily combined with multiparametric analysis of additional physiological parameters (such as cell death, proliferation, and cell composition) and applied for continuous oxygenation monitoring and/or end-point measurements. The loading of the O2 probe is performed during the stage of spheroid formation and is compatible with various protocols of spheroid generation. The protocol includes a high-throughput method of spheroid generation with introduced red and near-infrared emitting ratiometric fluorescent O2 nanosensors and the description of multi-parameter assessment of spheroid oxygenation and cell death before and after bioprinting. The experimental examples show comparative O2 gradients analysis in homo- and hetero-cellular spheroids as well as spheroid-based bioprinted constructs. The protocol is compatible with a conventional fluorescence microscope having multiple fluorescence filters and a light-emitting diode as a light source.

The protocol describes high-throughput spheroid generation for bioprinting using the multi-parametric analysis of their oxygenation and cell death on a standard fluorescence microscope. This approach can be applied to control the spheroids viability and perform standardization, which is important in modeling 3D tissue, tumor microenvironment, and successful (micro)tissue biofabrication.

Çok Hücreli Sferoidlerin Uygun Fiyatlı Oksijen Mikroskobu Destekli Biyofabrikasyonu

Multicellular spheroids are important tools for studying tissue and cancer physiology in 3D and are frequently used in tissue engineering as tissue ...

Fragmenting Bulk Hydrogels and Processing into Granular Hydrogels for Biomedical Applications

Granular hydrogels are jammed assemblies of hydrogel microparticles (i.e., &#34;microgels&#34;). In the field of biomaterials, granular hydrogels have many advantageous properties, including injectability, microscale porosity, and tunability by mixing multiple microgel populations. Methods to fabricate microgels often rely on water-in-oil emulsions (e.g., microfluidics, batch emulsions, electrospraying) or photolithography, which may present high demands in terms of resources and costs, and may not be compatible with many hydrogels. This work details simple yet highly effective methods to fabricate microgels using extrusion fragmentation and to process them into granular hydrogels useful for biomedical applications (e.g., 3D printing inks). First, bulk hydrogels (using photocrosslinkable hyaluronic acid (HA) as an example) are extruded through a series of needles with sequentially smaller diameters to form fragmented microgels. This microgel fabrication technique is rapid, low-cost, and highly scalable. Methods to jam microgels into granular hydrogels by centrifugation and vacuum-driven filtration are described, with optional post-crosslinking for hydrogel stabilization. Lastly, granular hydrogels fabricated from fragmented microgels are demonstrated as extrusion printing inks. While the examples described herein use photocrosslinkable HA for 3D printing, the methods are easily adaptable for a wide variety of hydrogel types and biomedical applications.

This work describes straightforward, adaptable, and low-cost methods to fabricate microgels with extrusion fragmentation, process the microgels into injectable granular hydrogels, and apply the granular hydrogels as extrusion printing inks for biomedical applications.

Biyomedikal Uygulamalar için Dökme Hidrojellerin Parçalanması ve Granüler Hidrojellere İşlenmesi

Granular hydrogels are jammed assemblies of hydrogel microparticles (i.e., &#34;microgels&#34;). In the field of biomaterials, granular hydrogels have ...

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.

Karaciğer Hastalığı Çalışmaları için Periferik Kandan İnsan Karaciğer Sferoidleri

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

Generation, High-Throughput Screening, and Biobanking of Human-Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiac Spheroids

Human-induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (hiPSC-CMs) are of paramount importance for human cardiac disease modeling and therapeutics. We recently published a cost-effective strategy for the massive expansion of hiPSC-CMs in two dimensions (2D). Two major limitations are cell immaturity and a lack of three-dimensional (3D) arrangement and scalability in high-throughput screening (HTS) platforms. To overcome these limitations, the expanded cardiomyocytes form an ideal cell source for the generation of 3D cardiac cell culture and tissue engineering techniques. The latter holds great potential in the cardiovascular field, providing more advanced and physiologically relevant HTS. Here, we describe an HTS-compatible workflow with easy scalability for the generation, maintenance, and optical analysis of cardiac spheroids (CSs) in a 96-well-format. These small CSs are essential to fill the gap present in current in vitro disease models and/or generation for 3D tissue engineering platforms. The CSs present a highly structured morphology, size, and cellular composition. Furthermore, hiPSC-CMs cultured as CSs display increased maturation and several functional features of the human heart, such as spontaneous calcium handling and contractile activity. By automatization of the complete workflow, from the generation of CSs to functional analysis, we increase intra- and inter-batch reproducibility as demonstrated by high-throughput (HT) imaging and calcium handling analysis. The described protocol allows modeling of cardiac diseases and assessing drug/therapeutic effects at the single-cell level within a complex 3D cell environment in a fully automated HTS workflow. In addition, the study describes a straightforward procedure for long-term preservation and biobanking of whole-spheroids, thereby providing researchers the opportunity to create next-generation functional tissue storage. HTS combined with long-term storage will substantially contribute to translational research in a wide range of areas, including drug discovery and testing, regenerative medicine, and the development of personalized therapies.

Presented here is a set of protocols for the generation and cryopreservation of cardiac spheroids (CSs) from human-induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes cultured in a high-throughput, multidimensional format. This three-dimensional model functions as a robust platform for disease modeling, high-throughput screenings, and maintains its functionality after cryopreservation.

İnsan Kaynaklı Pluripotent Kök Hücre Kaynaklı Kardiyak Sferoidlerin Üretimi, Yüksek Verimli Taraması ve Biyobankacılığı

Human-induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (hiPSC-CMs) are of paramount importance for human cardiac disease modeling and therapeutics. We ...