Name: engineering fibrin-based tissue constructs from myofibroblasts and application of constraints and strain to induce cell and collagen reorganization
Uploaded: 2013-10-28T21:45:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Engineering Fibrin-based Tissue Constructs from Myofibroblasts and Application of Constraints and Strain to Induce Cell and Collagen Reorganization at JoVE.co

Diese Studie wurde im Rahmen des Forschungsprogramms der biomedizinischen Materialien (BMM) Institut durchgeführt. BMM wird vom niederländischen Ministerium für Wirtschaft, Landwirtschaft und Innovation kofinanziert. Der finanzielle Beitrag der Nederlandse Hartstichting gedankt.

1. Kultur der Menschenrechte Vena Saphena Cells <ol><li> Isolieren von Zellen, die Vena saphena magna, von einem Spender gemäß den Richtlinien für die Weiterverwendung Material erfasst, gemäß dem Protokoll von Schnell et al. 9 und speichert diese in flüssigem Stickstoff. Aus dem Teil der Vena saphena magna von einem Spender-Zuschnitte von 2 x 2 mm zur Kultur in einem Sechs-Well-Platte. Verwenden Sie 2 Stück pro Vertiefung. Im Allgemeinen genügend Zellen erhalten werden, um etwa 3 Ampullen m...

<ol>
	<li>Beamish, J. A., He, P., Kottke-Marchant, K., Marchant, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+regulation+of+contractile+smooth+muscle+cell+phenotype:+implications+for+vascular+tissue+engineering.">Molecular regulation of contractile smooth muscle cell phenotype: implications for vascular tissue engineering.</a> Tissue Eng. Part B Rev. 16, 467-491 (2010).</li><li>Isenberg, B. C., Tranquillo, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+cyclic+distention+enhances+the+mechanical+properties+of+collagen-based+media-equivalents.">Long-term cyclic distention enhances the mechanical properties of collagen-based media-equivalents.</a> Ann. Biomed. Eng. 31, 937-949 (2003).</li><li>Nichol, J. W., Khan, A. R., Birbach, M., Gaynor, J. W., Gooch, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hemodynamics+and+axial+strain+additively+increase+matrix+remodeling+and+MMP-9,+but+not+MMP-2,+expression+in+arteries+engineered+by+directed+remodeling.">Hemodynamics and axial strain additively increase matrix remodeling and MMP-9, but not MMP-2, expression in arteries engineered by directed remodeling.</a> Tissue Eng. Part A. 15, 1281-1290 (2009).</li><li>Sander, E. A., Stylianopoulos, T., Tranquillo, R. T., Barocas, V. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Image-based+multiscale+modeling+predicts+tissue-level+and+network-level+fiber+reorganization+in+stretched+cell-compacted+collagen+gels.">Image-based multiscale modeling predicts tissue-level and network-level fiber reorganization in stretched cell-compacted collagen gels.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 106, 17675-17680 (2009).</li><li>Hu, J. J., Humphrey, J. D., Yeh, 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=Characterization+of+engineered+tissue+development+under+biaxial+stretch+using+nonlinear+optical+microscopy.">Characterization of engineered tissue development under biaxial stretch using nonlinear optical microscopy.</a> Tissue Eng. Part A. 15, 1553-1564 (2009).</li><li>Lee, E. J., Holmes, J. W., Costa, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Remodeling+of+engineered+tissue+anisotropy+in+response+to+altered+loading+conditions.">Remodeling of engineered tissue anisotropy in response to altered loading conditions.</a> Ann. Biomed. Eng. 36, 1322-1334 (2008).</li><li>Mol, A., 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=Fibrin+as+a+cell+carrier+in+cardiovascular+tissue+engineering+applications.">Fibrin as a cell carrier in cardiovascular tissue engineering applications.</a> Biomaterials. 26, 3113-3121 (2005).</li><li>de Jonge, N., Kanters, F. M., Baaijens, F. P., Bouten, C. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strain-induced+Collagen+Organization+at+the+Micro-level+in+Fibrin-based+Engineered+Tissue+Constructs.">Strain-induced Collagen Organization at the Micro-level in Fibrin-based Engineered Tissue Constructs.</a> Ann. Biomed. Eng. 41 (4), 763-774 (2012).</li><li>Schnell, A. M., 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=Optimal+cell+source+for+cardiovascular+tissue+engineering:+venous+vs.+aortic+human+myofibroblasts.">Optimal cell source for cardiovascular tissue engineering: venous vs. aortic human myofibroblasts.</a> Thorac. Cardiovasc. Surg. 49, 221-225 (2001).</li><li>Mol, A., 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=Autologous+human+tissue-engineered+heart+valves:+prospects+for+systemic+application.">Autologous human tissue-engineered heart valves: prospects for systemic application.</a> Circulation. , I152-I158 (2006).</li><li>Ahmann, K. A., Weinbaum, J. S., Johnson, S. L., Tranquillo, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fibrin+degradation+enhances+vascular+smooth+muscle+cell+proliferation+and+matrix+deposition+in+fibrin-based+tissue+constructs+fabricated+in+vitro.">Fibrin degradation enhances vascular smooth muscle cell proliferation and matrix deposition in fibrin-based tissue constructs fabricated in vitro.</a> Tissue Eng. Part A. 16, 3261-3270 (2010).</li><li>John, J., Quinlan, A. T., Silvestri, C., Billiar, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Boundary+stiffness+regulates+fibroblast+behavior+in+collagen+gels.">Boundary stiffness regulates fibroblast behavior in collagen gels.</a> Ann. Biomed. Eng. 38, 658-673 (2010).</li><li>Rubbens, M. P., 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=Intermittent+straining+accelerates+the+development+of+tissue+properties+in+engineered+heart+valve+tissue.">Intermittent straining accelerates the development of tissue properties in engineered heart valve tissue.</a> Tissue Eng. Part A. 15, 999-1008 (2009).</li><li>Chen, W. L., 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=Multiphoton+imaging+and+quantitative+analysis+of+collagen+production+by+chondrogenic+human+mesenchymal+stem+cells+cultured+in+chitosan+scaffold.">Multiphoton imaging and quantitative analysis of collagen production by chondrogenic human mesenchymal stem cells cultured in chitosan scaffold.</a> Tissue Eng. Part C Methods. 16, 913-920 (2010).</li><li>de Jonge, N., Kanters, F. M., Baaijens, F. P., Bouten, C. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strain-induced+Collagen+Organization+at+the+Micro-level+in+Fibrin-based+Engineered+Tissue+Constructs.">Strain-induced Collagen Organization at the Micro-level in Fibrin-based Engineered Tissue Constructs.</a> Ann. Biomed. Eng. 41, 763-774 (2013).</li><li>Merryman, W. 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=Correlation+between+heart+valve+interstitial+cell+stiffness+and+transvalvular+pressure:+implications+for+collagen+synthesis.">Correlation between heart valve interstitial cell stiffness and transvalvular pressure: implications for collagen synthesis.</a> Am. J. Physiol. 290, (2006).</li><li>Ingber, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+cellular+mechanotransduction+to+biologically+inspired+engineering:+2009+Pritzker+Award+Lecture,+BMES+Annual+Meeting+October+10,+2009.">From cellular mechanotransduction to biologically inspired engineering: 2009 Pritzker Award Lecture, BMES Annual Meeting October 10, 2009.</a> Ann. Biomed. Eng. 38, 1148-1161 (2009).</li><li>Sander, E. A., Barocas, V. H., Tranquillo, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Initial+fiber+alignment+pattern+alters+extracellular+matrix+synthesis+in+fibroblast-populated+fibrin+gel+cruciforms+and+correlates+with+predicted+tension.">Initial fiber alignment pattern alters extracellular matrix synthesis in fibroblast-populated fibrin gel cruciforms and correlates with predicted tension.</a> Ann. Biomed. Eng. 39, 714-729 (2010).</li><li>van der Schaft, D. W., 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=Engineering+Skeletal+Muscle+Tissues+from+Murine+Myoblast+Progenitor+Cells+and+Application+of+Electrical+Stimulation.">Engineering Skeletal Muscle Tissues from Murine Myoblast Progenitor Cells and Application of Electrical Stimulation.</a> J. Vis. Exp. (73), e4267 (2013).</li></ol>

Das beschriebene Modell System der Zelle besiedelten Fibrin-Konstrukte hat ein großes Potenzial für die Untersuchung von Zell-und Kollagen (Re-) Organisation (de Jonge et al. 15), z. B. für das Tissue Engineering verwendet werden. Durch die Verwendung von Fibrin als anfängliche Zellträgers nach Fibrinabbauprodukten wird ein Gewebe mit Zellen und endogenen Matrix nur erstellt. Auf diese Weise werden die Zellen stimuliert, um auf Stress reagieren, entweder statisch oder zyklischer Natur, ...

Herz-Kreislauf-Gewebe haben einen prominenten tragende Funktion. Insbesondere werden Inhalte und Organisation der Kollagenfasern in der extrazellulären Matrix zu den tragenden Eigenschaften beitragen und dominieren insgesamt Gewebefestigkeit 1. In Tissue Engineering mechanische Konditionierung des Konstrukts verwendet wird - in der Regel bestehend aus (zyklisch) belasten Regimen - um Gewebe Organisation und mechanischen Eigenschaften 2,3 verbessern. Volles Verständnis von Stamm-induzierte Kollagen Organisation in komplexen Geometrien Gewebe zu Gewebe mit vordefinierten Kollagen Architektur zu schaffen, hat noch nicht erreicht worden. Dies ist vor allem aufgrund unseres begrenzten Wissens von Kollagen Umbau in entwickelnde Gewebe. Bestehende Modelle vor allem Aufschluss über die endgültige Nettoergebnis von Kollagen Umbau mit der Nutzung der statischen Belastung 4-6. Hier bieten wir eine sehr abstimmbaren Modellsystem, das die Studie von Kollagen (Re-) Organisation ermöglicht in einer Echtzeit-Mode, in 3D, unter dem Einflussstatische oder zyklische Belastung. Die Gewebe Konstrukte sind Fibrin-basierte, sicherzustellen, dass alle Kollagen in dem Konstrukt endogenen ist. Zell-und Kollagen-Organisation in den Konstrukten wird visualisiert, und eine interne Referenz-System ermöglicht es uns, Zellen und Kollagen-Strukturen für Zeitraffer-Analyse zu verlagern. In diesem Protokoll werden wir beschreiben die Verwendung des Modells für humane Vena Saphena Cells (HVSCs), da diese Zellen für ihre erhöhte extrazelluläre Matrix-Produktion und die Fähigkeit, die Matrix und unseren etablierten Einsatz in engineered kardiovaskulärem Gewebe 7 renovieren, sind bekannt auf der Arbeit von de Jonge et al. 8

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Name</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Culture plastic</td>
			<td>Greiner</td>
			<td></td>
			<td>Includes culture flasks and pipettes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Advanced DMEM</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>12491</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal bovine serum</td>
			<td>Greiner</td>
			<td>758075</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin/streptomycin</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>10378016</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GlutaMax</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>35050-079</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Elastomer and curing agent</td>
			<td>Dow Corning Corporation</td>
			<td>3097358-1004</td>
			<td>Silastic MDX 4-4210#</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Velcro</td>
			<td>Regular store</td>
			<td></td>
			<td>You can buy this at a regular store, only use the soft side</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bioflex culture plates</td>
			<td>Flexcell Int</td>
			<td>BF-3001U</td>
			<td>Untreated</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Ascorbic Acid 2-phosphatase</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>A8960</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#949;-Amino Caproic Acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>D7754</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine thrombin</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>T4648</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine fibrinogen</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>F8630</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.45 syringe filter</td>
			<td>Whatmann (Schleicher and Scheul)</td>
			<td>10462100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polystyrene microspheres</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>F-8829</td>
			<td>Blue fluorescent, 10 &#956;m diameter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flexcell FX-4000T</td>
			<td>Flexcell Int</td>
			<td></td>
			<td>Includes rectangular loading posts</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell Tracker Orange</td>
			<td>Invitrogen Molecular Probes</td>
			<td>C2927</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CNA35-OG488</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Cordially provided by the Laboratory for Macromolecular and Organic Chemistry, Department of Biomedical Engineering, Eindhoven University of Technology</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Confocal laser scanning microscope</td>
			<td>Carl Zeiss</td>
			<td></td>
			<td>LSM 510 Meta laser scanning microscope and Two-Photon-LSM mode</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amphotericin</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>15290-018</td>
			<td>Needed for cell isolation</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

engineering fibrin-based tissue constructs from myofibroblasts and application of constraints and strain to induce cell and collagen reorganization

Collagen Inhalt und Organisation bei der Entwicklung kollagenen Gewebe kann durch lokale Stämme Gewebe und Gewebe Einschränkung beeinflusst werden. Tissue-Ingenieure sind bestrebt, diese Prinzipien zu verwenden, um Gewebe mit vordefinierten Kollagen Architekturen erstellen. Ein vollständiges Verständnis der zugrunde liegenden Prozesse genauen Umbau von Kollagen, um die endgültige Architektur Gewebe steuern, jedoch fehlen. Insbesondere ist über die (Re-) Ausrichtung der Kollagenfasern in Reaktion auf Veränderungen im Gewebe mechanischen Beanspruchungen bekannt. Wir entwickelten ein in vitro-Modell, bestehend aus biaxial eingeschränkten myofibroblast ausgesät Fibrin-Konstrukte, die weitere Aufklärung Kollagen (re) Orientierung in Reaktion auf i) Rückgriff auf zweiachsigen einachsigen statischen Lastbedingungen und ii) zyklische einachsige Belastung des biaxial eingeschränkt Konstrukte vor und nach einer Änderung der Belastungsrichtung, unter Verwendung des Flexcell FX4000T Ladevorrichtung. Zeitraffer-konfokale Bildgebung verwendet wird, um visualize Kollagen (re) Orientierung in einer zerstörungsfrei. Zell-und Kollagen-Organisation in den Konstrukten können in Echtzeit visualisiert und eine interne Referenz-System ermöglicht es uns, Zellen und Kollagen-Strukturen für Zeitraffer-Analyse zu verlagern. Verschiedene Aspekte des Modells kann eingestellt werden, wie Zellquelle oder Verwendung von gesunden und kranken Zellen. Additive können zur weiteren aufzuklären zugrunde liegenden Kollagen Umbau werden, zum Beispiel durch Zugabe von MMPs oder Sperrung Integrine. Form und Größe des Konstrukts kann leicht an spezifische Bedürfnisse angepasst werden, was zu einer sehr abstimmbaren Modellsystem zur Zelle und Kollagen (Re-) Organisation zu studieren.

Dieses Modell ermöglicht zum Kultivieren Myofibroblasten ausgesät Fibringele. 1A zeigt ein Gewebe zunächst unter statischen Bedingungen biaxial kultiviert. Tissue-Einschränkungen werden durch Schneiden der Fibringel aus zwei Einschränkungen freigegeben, um statische einachsige Zwänge schaffen und Gewebe verdichtet und danach umbaut (Abbildung 1A). Für zyklische Belastung wird das Gewebe unter statischen Bedingungen kultiviert biaxial sowie. Nach 5 Tagen cyclischen uniaxiale Verfo...

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Engineering Fibrin-based Tissue Constructs from Myofibroblasts and Application of Constraints and Strain to Induce Cell and Collagen Reorganization

Dieses Modell geht von einem System myofibroblast besiedelten Fibringel, die verwendet werden, um die endogene Kollagen (Re-) Organisation in Echtzeit in einer zerstörungsfreien Weise studieren kann. Das Modell ist sehr abstimmbaren, wenn er auf verschiedene Zellquellen Medium Zusatzstoffe verwendet werden, und kann leicht an spezifische Anforderungen angepasst werden.

Ingenieurwesen Fibrin-basierten Tissue Konstrukte von Myofibroblasten und Anwendung von Constraints und abseihen to Cell und Collagen (Re) Organisation Induce

Collagen content and organization in developing collagenous tissues can be influenced by local tissue strains and tissue constraint. Tissue engineers aim ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Directed Cellular Self-Assembly to Fabricate Cell-Derived Tissue Rings for Biomechanical Analysis and Tissue Engineering

Directed Cellular Self-Assembly to Cell-Derived Tissue Ringe für biomechanische Analyse und Tissue Engineering Fabricate

Each year, hundreds of thousands of patients undergo coronary artery bypass surgery in the United States.1 Approximately one third of these patients do ...

Forschung

Biotechnik

Engineering Skeletal Muscle Tissues from Murine Myoblast Progenitor Cells and Application of Electrical Stimulation

Engineering Skeletal Muscle Gewebe von Murine Myoblast Progenitor Cells und Anwendung von Elektrostimulation

Engineered muscle tissues can be used for several different purposes, which include the production of tissues for use as a disease model in vitro, e.g. to ...

Tissue Engineering of Tumor Stromal Microenvironment with Application to Cancer Cell Invasion

Tissue Engineering von Tumor-Stroma-Mikromilieu mit Anwendung auf die Invasion von Krebszellen

3D organotypic cultures of epithelial cells on a matrix embedded with mesenchymal cells are widely used to study epithelial cell differentiation and ...

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Engineering 3D cellularized Kollagengele für Gefäßgeweberegeneration

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Pankreasgewebe-abgeleitete extrazelluläre Matrix Bioink für den Druck 3D-Zell-Laden Pankreasgewebe Konstrukte

The transplantation of pancreatic islets is a promising treatment for patients who suffer from type 1 diabetes accompanied by hypoglycemia and secondary ...