Name: gradient strain chip for stimulating cellular behaviors in cell-laden hydrogel
Uploaded: 2017-08-08T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Gradient Strain Chip for Stimulating Cellular Behaviors in Cell-laden Hydrogel at JoVE.com

פרויקט זה נתמך על ידי בוגר סטודנט מחקר בחו ל התוכנית (NSC-101-2917-I-007-010); התוכנית הנדסה ביו-רפואית (NSC-101-2221-E-007-032-MY3); ואת התוכנית ננוטכנולוגיה הלאומי (NSC-101-2120-M-007-001-), המועצה הלאומית למדע של R.O.C., טייוואן. המחברים רוצה להודות פרופסור עלי Khademhosseini, Gulden Camci-Unal, Arghya פול, וליאו Ronglih בבית הספר לרפואה בהרווארד לשיתוף הטכנולוגיה כימוס הידרוג ותא.

1. GelMA Synthesis
<ol>
	<li>Weigh 10 g of gelatin powder and add it to a glass flask with 100 mL ofDulbecco&#39;s phosphate-buffered saline (DPBS). Put a magnetic stir bar into the flask and place the flask on a stirring hot plate.</li>
	<li>Cover the flask with aluminum foil to avoid water evaporation. Set the hot plate temperature to 50-60 &#176;C and the stirrer at 100 rpm for 1 h to dissolve the gelatin powder well.</li>
	<li>After the gelatin has dissolved, add 8 mL of methacrylic anhydride very slowly (one drop ...

<ol>
	<li>Simmons, C. S., Petzold, B. C., Pruitt, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microsystems+for+biomimetic+stimulation+of+cardiac+cells.">Microsystems for biomimetic stimulation of cardiac cells.</a> Lab Chip. 12 (18), 3235-3248 (2012).</li><li>Aubin, H., 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=Directed+3D+cell+alignment+and+elongation+in+microengineered+hydrogels.">Directed 3D cell alignment and elongation in microengineered hydrogels.</a> Biomaterials. 31 (27), 6941-6951 (2010).</li><li>Guan, J., 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=The+stimulation+of+the+cardiac+differentiation+of+mesenchymal+stem+cells+in+tissue+constructs+that+mimic+myocardium+structure+and+biomechanics.">The stimulation of the cardiac differentiation of mesenchymal stem cells in tissue constructs that mimic myocardium structure and biomechanics.</a> Biomaterials. 32 (24), 5568-5580 (2011).</li><li>Wan, C. R., Chung, S., Kamm, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differentiation+of+embryonic+stem+cells+into+cardiomyocytes+in+a+compliant+microfluidic+system.">Differentiation of embryonic stem cells into cardiomyocytes in a compliant microfluidic system.</a> Ann Biomed Eng. 39 (6), 1840-1847 (2011).</li><li>Huh, 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=Reconstituting+organ-level+lung+functions+on+a+chip.">Reconstituting organ-level lung functions on a chip.</a> Science. 328 (5986), 1662-1668 (2010).</li><li>Li, X., Chu, J. S., Yang, L., Li, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anisotropic+effects+of+mechanical+strain+on+neural+crest+stem+cells.">Anisotropic effects of mechanical strain on neural crest stem cells.</a> Ann. Biomed. Eng. 40 (3), 598-605 (2012).</li><li>Butcher, J. T., Barrett, B. C., Nerem, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Equibiaxial+strain+stimulates+fibroblastic+phenotype+shift+in+smooth+muscle+cells+in+an+engineered+tissue+model+of+the+aortic+wall.">Equibiaxial strain stimulates fibroblastic phenotype shift in smooth muscle cells in an engineered tissue model of the aortic wall.</a> Biomaterials. 27 (30), 5252-5258 (2006).</li><li>Ramon-Azcon, J., 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=Gelatin+methacrylate+as+a+promising+hydrogel+for+3D+microscale+organization+and+proliferation+of+dielectrophoretically+patterned+cells.">Gelatin methacrylate as a promising hydrogel for 3D microscale organization and proliferation of dielectrophoretically patterned cells.</a> Lab Chip. 12 (16), 2959-2969 (2012).</li><li>Park, S. H., Sim, W. Y., Min, B. H., Yang, S. S., Khademhosseini, A., Kaplan, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chip-Based+Comparison+of+the+Osteogenesis+of+Human+Bone+Marrow-+and+Adipose+Tissue-Derived+Mesenchymal+Stem+Cells+under+Mechanical+Stimulation.">Chip-Based Comparison of the Osteogenesis of Human Bone Marrow- and Adipose Tissue-Derived Mesenchymal Stem Cells under Mechanical Stimulation.</a> PLoS One. 7 (9), e46689 (2012).</li><li>Gould, R. 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=Cyclic+Strain+Anisotropy+Regulates+Valvular+Interstitial+Cell+Phenotype+and+Tissue+Remodeling+in+3D+Culture.">Cyclic Strain Anisotropy Regulates Valvular Interstitial Cell Phenotype and Tissue Remodeling in 3D Culture.</a> Acta Biomater. 8 (5), 1710-1719 (2012).</li><li>Kurpinski, K., Chu, J., Hashi, C., Li, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Proc+Anisotropic+mechanosensing+by+mesenchymal+stemcells.">Proc Anisotropic mechanosensing by mesenchymal stemcells.</a> Natl Acad Sci USA. 103 (44), 16095-16100 (2006).</li><li>Sim, W. Y., Park, S. W., Park, S. H., Min, B. H., Park, S. R., Yang, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+pneumatic+micro+cell+chip+for+the+differentiation+of+human+mesenchymal+stem+cells+under+mechanical+stimulation.">A pneumatic micro cell chip for the differentiation of human mesenchymal stem cells under mechanical stimulation.</a> Lab Chip. 7 (12), 1775-1782 (2007).</li><li>Vader, D., Kabla, A., Weitz, D., Mahadevan, L. <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+Alignment+in+Collagen+Gels.">Strain-Induced Alignment in Collagen Gels.</a> PLoS One. 4 (6), e5902 (2009).</li><li>Aguado, B. A., Mulyasasmita, W., Su, J., Lampe, K. J., Heilshorn, S. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improving+viability+of+stem+cells+during+syringe+needle+flow+through+the+design+of+hydrogel+cell+carriers.">Improving viability of stem cells during syringe needle flow through the design of hydrogel cell carriers.</a> Tissue Eng Part A. 18 (7-8), 806-815 (2012).</li><li>Wan, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic-Based+Synthesis+of+Hydrogel+Particles+for+Cell+Microencapsulation+and+Cell-Based+Drug+Delivery.">Microfluidic-Based Synthesis of Hydrogel Particles for Cell Microencapsulation and Cell-Based Drug Delivery.</a> Polymers. 4 (2), 1084-1108 (2012).</li><li>Moraes, C., Wang, G., Sun, Y., Simmons, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+microfabricated+platform+for+high-throughput+unconfined+compression+of+micropatterned+biomaterial+arrays.">A microfabricated platform for high-throughput unconfined compression of micropatterned biomaterial arrays.</a> Biomaterials. 31 (3), 577-584 (2010).</li><li>Keung, A. J., Kumar, S., Schaffer, D. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Presentation+Counts:+Microenvironmental+Regulation+of+Stem+Cells+by+Biophysical+and+Material.+Cues.">Presentation Counts: Microenvironmental Regulation of Stem Cells by Biophysical and Material. Cues.</a> Annu Rev Cell Dev Biol. 26, 533-556 (2010).</li><li>Segers, V. F., Lee, 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=Stem-cell+therapy+for+cardiac+disease.">Stem-cell therapy for cardiac disease.</a> Nature. 451 (7181), 937-942 (2008).</li><li>Hsieh, H. Y., 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=Gradient+static-strain+stimulation+in+a+microfluidic+chip+for+3D+cellular+alignment.">Gradient static-strain stimulation in a microfluidic chip for 3D cellular alignment.</a> Lab Chip. 14 (3), 482-493 (2014).</li></ol>

בנייר זה, מדווחים על גישה פשוטה כדי להשוות בהתנהגות התא יישור לאחר הידרוג הצורה והכוונה מתיחה מתיחה. קרום PDMS גמיש יוצר של עקמומיות בצורת כיפה ליצירת בגבהים שונים של hydrogels מעגלית קונצנטריים. לאחר שחרור הלחץ, קרום PDMS כוח מחיל באופן אוטומטי על hydrogels בדוגמת מיקרו ליצירת מעבר צבע למתח/התארכות, ע?...

הגשה כחומר בלוק המחקה יליד microenvironment, הידרוג המכיל מטריצה חוץ-תאית (ECM) מחדש לבנות ביונים פיגומים רקמות כדי לתמוך צמיחת תאים. להחזיק את הפונקציות של רקמה, יישור תא מאורגנת היא מהדרישות. שונים 2D (קרי, תאים תרבותי על משטח), 3D (קרי, תאים במארז של הידרוג) יישורי הושגו על ידי culturing או לבצע התאים או על מצעים גמיש עם מיקרו- או ננו-דפוסי1. תא 3D היישור המיקרו-ארכיטקטורה הוא אטרקטיבי יותר, כמו microenvironment קרובה יותר רקמה מקורית לבנות2,3,4. גישה נפוצה אחת עבור יישור תא 3D הוא הסימן גיאומטרי של הידרוג-צורה-2,-3. בשל השטח מוגבל עבור התפשטות תאים כיוון קצר-ציר, תאים במטרה ליישר לאורך לכיוון ציר זמן ב- הידרוג בדוגמת מיקרו. גישה אחרת היא להחיל מתיחה מתיחה hydrogels כדי להשיג יישור תא במקביל כיוון מתיחה4,5.
גירוי ביופיזיקלי על hydrogels ECM, כגון זן compressive או שדה חשמלי, יכולים לווסת פונקציות תא השילוב הרקמה הנכונה, התפשטות של בידול1,2,3. מחקר רב נעשה על מנת לחקור התנהגות הסלולר על-ידי החלת תנאי זן אחד בכל פעם באמצעות מספר בקרה מכנית יחידות4,6,7,8,9. לדוגמה, השימוש מכני שלב מוטורס סחוט או שרוע על הידרוג קולגן אנקפסולציה תא תלת-ממד הייתה נפוצה לגשת7,10. עם זאת, ציוד שליטה כזה דורש שטח נוסף ופונה הנושא של מזהמים החממה7,9,11,12. בנוסף, המכשיר גדול לא יכול לתת סביבה שליטה מדויקת כדי לספק הפארמצבטית גבוהה13.
בהתחשב בכך כי עמוסי תא hydrogels בדרך כלל המועסקים על המיקרו-סולם ביו יישומים, זה יתרון לשילוב MEMS טכניקות כדי ליצור מגוון של זן/מתיחה גירוי לחקור בו זמנית תא התנהגויות ביונים 3D בונה במבחנה2,14,15,16,17,18. לדוגמה, באמצעות גז בלחץ כדי לעוות את הקרום PDMS צ ' יפס microfluidic יכולים להצמיח זנים שונים, נהיגה תאית התמיינות שושלות שונות9,16. עם זאת, ישנם אתגרים טכניים רבים, כגון תהליכי ייצור השבב מסובך חדר נקי ושילוב בקרת התוכנה של מנועים, משאבות, שסתומים, גזים דחוסים.
בעבודה זאת, נדגים בגישה פשוטה להשיג שבב microfluidic סטטי-זן הדרגתיות מתוספי על ידי העסקת דפוס הידרוג מעגלית קונצנטריים ו קרום PDMS גמיש. שלא כמו רוב הגישות הקיימות, הפלטפורמה שלנו הוא התקן נייד, חד פעמית מיניאטורי זה יכול להיות מפוברק מחוץ חדר צהוב, זה הנו עצמי יצירת זנים מעבר צבע על קונצנטריים אנקפסולציה תא hydrogels, ללא ציוד מכני חיצוניים במהלך הדגירה. 3T3 פיברובלסט תא התנהגויות השפיעו על ידי שילוב של הידרוג צורה, מגוון רחב של הדרכה מתיחה מתיחה רמזים היו הפגינו במהלך הצפיה תא היישור בתוך סביבות תלת-ממד ECM-מימטי בשבב מעבר צבע למתח במשך 3 ימים.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1383">
	<tbody>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:337px;">1.5-mL black microcentrifuge tube</td>
			<td style="width:225px;">Argos Technologies&#160;</td>
			<td style="width:156px;">03-391-161</td>
			<td style="width:665px;">This one can be replaced with a neutral color of 1.5-mL tube covered with aluminun foil</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:337px;">10X DPBS</td>
			<td style="width:225px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:156px;">56064C</td>
			<td style="width:665px;"></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:337px;">Alexa Fluor 488 phalloidin&#160;</td>
			<td style="width:225px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:156px;">A12379&#160;</td>
			<td style="width:665px;"></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:337px;">BSA</td>
			<td style="width:225px;">Sigma</td>
			<td style="width:156px;">A1595</td>
			<td style="width:665px;"></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:337px;">Calcein</td>
			<td style="width:225px;">Molecular Probe</td>
			<td style="width:156px;">C1430</td>
			<td style="width:665px;">For labeling viable cells</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:337px;">CCD</td>
			<td style="width:225px;">PCO. Imaging</td>
			<td style="width:156px;">Pixelfly qe</td>
			<td style="width:665px;"></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:337px;">Cell membrane permeating solution</td>
			<td style="width:225px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:156px;">X100</td>
			<td style="width:665px;">0.5% Triton X-100 for permeating cell membrane</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:337px;">DAPI</td>
			<td style="width:225px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:156px;">D8417</td>
			<td style="width:665px;">Cell nucleus staining</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:337px;">Dialysis membrane</td>
			<td style="width:225px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:156px;">D9527</td>
			<td style="width:665px;">Molecular weight cut-off = 14,000</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:337px;">DMEM</td>
			<td style="width:225px;">Gibco</td>
			<td style="width:156px;">11995-065</td>
			<td style="width:665px;"></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:337px;">Double-side tape</td>
			<td style="width:225px;">3M</td>
			<td style="width:156px;">8003</td>
			<td style="width:665px;"></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:337px;">FBS</td>
			<td style="width:225px;">Hyclone</td>
			<td style="width:156px;">SH30071.03</td>
			<td style="width:665px;"></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:337px;">Gelatin</td>
			<td style="width:225px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:156px;">G2500</td>
			<td style="width:665px;">gel strength 300, type A, from porcine skin</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:337px;">High frequency electronic corona generator</td>
			<td style="width:225px;">Electro-technic products</td>
			<td style="width:156px;">MODEL BD-20</td>
			<td style="width:665px;"></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:337px;">Methacrylic Anhydride</td>
			<td style="width:225px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:156px;">276685</td>
			<td style="width:665px;"></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:337px;">Micro syringe</td>
			<td style="width:225px;">Hamilton</td>
			<td style="width:156px;">80501</td>
			<td style="width:665px;">50 &#956;L&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:337px;">Microscope</td>
			<td style="width:225px;">Olympus</td>
			<td style="width:156px;">IX71</td>
			<td style="width:665px;">Include two filter sets: LF405/LP-B-000 and LF488/LP-C-000 from Semrock</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:337px;">Oxygen plasma machine</td>
			<td style="width:225px;">Harrick plasma</td>
			<td style="width:156px;">PDC-001</td>
			<td style="width:665px;"></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:337px;">Paraformaldehyde</td>
			<td style="width:225px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:156px;">P6148</td>
			<td style="width:665px;">For fixing cell</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:337px;">PDMS</td>
			<td style="width:225px;">DOW CORNING</td>
			<td style="width:156px;">Sylgard 184</td>
			<td style="width:665px;">Mixture for PDMS chip cast-molding fabrication</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:337px;">Pen-Strep</td>
			<td style="width:225px;">Gibco</td>
			<td style="width:156px;">10378-016</td>
			<td style="width:665px;">penicillin/streptomycin</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:337px;">Photoinitiator</td>
			<td style="width:225px;">CIBA</td>
			<td style="width:156px;">Irgacure 2959</td>
			<td style="width:665px;"></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:337px;">Propidium iodide</td>
			<td style="width:225px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:156px;">P4170</td>
			<td style="width:665px;">For labeling dead cells</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:337px;">Sterile Filtration cup</td>
			<td style="width:225px;">Millipore</td>
			<td style="width:156px;">SCGPT05RE</td>
			<td style="width:665px;"></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:337px;">TMSPMA</td>
			<td style="width:225px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:156px;">440159</td>
			<td style="width:665px;">For hydrogel immobilization</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:337px;">Ultrasonicator</td>
			<td style="width:225px;">Delta</td>
			<td style="width:156px;">D150H</td>
			<td style="width:665px;">150W, 43kHz</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:337px;">UV light</td>
			<td style="width:225px;">DAIHAN</td>
			<td style="width:156px;">WUV-L10</td>
			<td style="width:665px;"></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:337px;">Freeze Dryer</td>
			<td style="width:225px;">FIRSTEK</td>
			<td style="width:156px;">150311025</td>
			<td style="width:665px;"></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:337px;">NIH3T3(fibroblast)</td>
			<td style="width:225px;">Food Industry Research and Development Institute(FIRDI)</td>
			<td style="width:156px;">08C0011</td>
			<td style="width:665px;"></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:337px;">MOXI Z Mini Automated Cell Counter</td>
			<td style="width:225px;">ORFLO</td>
			<td style="width:156px;">MXZ001</td>
			<td style="width:665px;"></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

gradient strain chip for stimulating cellular behaviors in cell-laden hydrogel

הדרכה מלאכותי יישור הסלולר היא נושא חם בתחום של הנדסת רקמות. רוב המחקרים הקודמים חקרה יחיד זן-induced הסלולר יישור הידרוג עמוסי התא באמצעות תהליכים מורכבים ניסיוני מסה למערכות שליטה, אשר יהיו משויכת בדרך כלל בעיות זיהום. לפיכך, במאמר זה, אנו מציעים גישה פשוטה לבניית מתח סטטי מעבר צבע באמצעות שבב fluidic עם כיסוי פלסטיק PDMS מצע זכוכית שקופה UV על הגירוי של התנהגות הסלולר הידרוג תלת-ממד. Prepolymer תא patternable-צילום להעמיס בבית הבליעה fluidic ניתן להפיק קמורה קרום PDMS מעוקל על השער. לאחר UV crosslinking, דרך micropattern מעגלית קונצנטריים תחת קרום PDMS מעוקל, מאגר הכביסה, microenvironment עבור תא חוקר התנהגויות תחת מגוון רחב של זנים הדרגתיות מעוגנת עצמית שבב fluidic יחיד, ללא מכשירים חיצוניים. NIH3T3 התאים היו הפגינו לאחר התבוננות לשינוי המגמה יישור הסלולר תחת הדרכתו גאומטריה, בשיתוף פעולה עם זן גירוי, אשר בין 15-65% על hydrogels. לאחר דגירה 3 ימים, הגיאומטריה הידרוג שלטה היישור תא בלחץ נמוך compressive, שבו תאים מיושרים לאורך כיוון התארכות הידרוג בלחץ גבוה compressive. בין אלה, התאים הראה היישור אקראי בשל פיזור של ההדרכה רדיקלית של הידרוג התארכות והדרכה הגיאומטריה של הידרוג בדוגמת.

כדי להשוות את הווריאציות מכני בין כל הידרוג מעגלית בשבב גירוי שהושלמו זן הדרגתיות, אנחנו נמדדים את רוחב הקו כל הידרוג מעגלית בשני שבבי זהה, עם הזרקת כרכים של 0 µL (איור 4a), 40 µL (איור 4b), בהתאמה. Elongations אחוז על כל עיגול היו מחושב על ידי חלוקה של elo...

Watch this Scientific Journal Video about Gradient Strain Chip for Stimulating Cellular Behaviors in Cell-laden Hydrogel at JoVE.com

Gradient Strain Chip for Stimulating Cellular Behaviors in Cell-laden Hydrogel

מאמר זה מציג גישה פשוטה כדי מתן לא רציפה זנים סטטי מעבר צבע על הידרוג קונצנטריים עמוסי התא לווסת תא היישור עבור הנדסת רקמות.

מעבר צבע למתח שבב עבור מגרה בהתנהגויות הסלולר של הידרוג עמוסי תא

Artificial guidance for cellular alignment is a hot topic in the field of tissue engineering. Most of the previous research has investigated single ...

The overall goal of this gradient strain chip is to provide a simple approach to generate non continuous gradient static strains on a 3D hydrogel for the investigation of cell behaviors under a series of strain conditions. This method can help answer key questions in the bioengineering field such as the stimulations of a stem cell differentiation and the regulation of cellular alignment for artificial tissue organ development. The main advantage of this technique is that various strains can be applied on the cell layer and hydrogels in the same micro environment for comparison of cell behavior.Visual demonstration of this method is critical as the chip preparation steps are difficult to learn since the light should be complete in three to four hours for base of experiment to ensure high cell variability. Weigh 10 grams of gelatin powder and add it to a glass flask with 100 milliliters of Dulbecco's phosphate buffered saline, or DPBS. Put a magnetic stir bar into the flask and place the flask on a stirring hot plate.Cover the flask with aluminum foil to avoid water evaporation. Set the hot plate temperature to 50 to 60 degrees and the stirrer at 100 RPM for one hour to dissolve the gelatin powder. After the gelatin has dissolved, add eight milliliters of methacrylic anhydride very slowly using a pipette.Let it react at 60 degrees Celsius for three hours. Then add prewarmed DPBS into the flask to a final volume of 500 milliliters. Allow the solution to mix well for 15 minutes to stop the reaction.Meanwhile cut a dialysis membrane into several 25 millimeter long tubes. Immerse them in deionized water for 15 minutes. And make a knot to close one end of the dialysis tubes.Load the appropriate amount of the polymer solution into the dialysis tubes and close the other end. Then place the filled tubes in a five liter plastic beaker with deionized water for a week. Renew the deionized water twice a day and maintain the solution at 40 to 50 degrees Celsius during the dialysis process.Following dialysis collect the solution from the tubes into a 500 milliliter glass bottle. Pour approximately 450 to 500 milliliters of solution into a 500 milliliter filter cup. And apply a vacuum to force the solution to pass through the filter membrane for sterilization.Then transfer the sterilized polymer into several 50 milliliter sterilized tubes. Transfer the sterilized polymer into several 50 milliliter sterilized tubes and store them in a minus 80 degrees Celsius freezer for three to five days. Freeze dry the minus 80 degrees Celsius polymer for one week using a freeze drier to form GelMA which can then be stored in a minus 80 degree Celsius freezer.For chip fabrication first prepare the polymethacrylate or PMMA, played and molded as described in the text protocol. Then prepare the PTMS cover and PTMS plug by properly mixing 30 grams of PTMS elastomer and three grams of PTMS curing agent. Degas the mixture under a vacuum chamber for one hour.Cast 1.8 to two grams of the mixture into the PMMA mold for the PTMS cover. Also use the appropriate amount to fill each cavity for the PMMA mold for the PTMS plug. In addition cast 10 grams of uncured PTMS mixture in a blank 10 centimeter plastic plate.Put these molds in a vacuum chamber to degas for 30 minutes. Cure the PTMS for two hours at 80 degrees Celsius. After cooling down the cured PTMS on the mold, detach the PTMS covers and the PTMS plugs from the PMMA molds.Next punch two holes with diameters of about three millimeters at the ends of the flow channels of the PTMS covers. Cut the PTMS sheet molded from the 10 centimeter plastic plate into many one centimeter by one centimeter cubes. And punch a three millimeter hole in each PTMS cube.Glue two uncured one centimeter by one centimeter PTMS cubes onto the openings of the PTMS cover to serve as medium reservoirs and to aid in the curing process of the gradient circular hydrogel patterns. Then cure for one hour at 80 degrees Celsius. Next bond the PTMS covers with the two PTMS reservoirs onto a TMSPMA coated slide.To do so, pretreat the bonding side of the PTMS cover and the TMSPMA coated slide under an oxygen plasma machine for 90 seconds of oxygen plasma treatment. Contact the plasma treated surface of the PTMS covers and the TMSPMA slide and press them closely for permanent bonding through the formation of the silicon oxygen silicon bond. Print a photomask by printing the established layout on a transparent film.Then cut the printed photomask to 25 millimeters by 37.5 millimeters in size. Weigh 25 milligrams of freeze dried GelMA into 0.3 milliliters of prewarmed cell culture medium in a 1.5 milliliter black microcentrifuge tube. Put the microcentrifuge tube on a laboratory stirrer hot plate until the GelMA dissolves in the medium.Add 50 milligrams of photoinitiator to one milliliters of DPBS in a microcentrifuge tube. And place it in an 80 degree Celsius oven for 15 minutes or until the photoinitiator has dissolved. Add 25 microliters of the 10%photoinitiator to the microcentrifuge tube.Pipette several times to mix well. Next count three million NIH3T3 cells using an automated cell counter. After centrifuging the suspension at 200 Gs for five minutes discard the supernatant and resuspend the cells in 175 microliters of cell culture medium.Add the cell solution to the microcentrifuge tube to get a pre polymer cell solution of 5%GelMA, 0.5%photoinitiator and about six million 3T3 cells per milliliter. After mixing load 100 microliters of cell prepolymer into a 100 microliter microsyringe. Manually align a piece of the photomask onto the bottom slide of the sterilized gradient strain chip.And simply fix the position using a small drop of deionized water in between. Connect the 100 microliter microsyringe, loaded with prepolymer cell solution to the inlet of the chip. Then place 50 microliters of prepolymer cell solution in the flow channel using the microsyringe and plug the outlet using a PTMS plug.Inject an extra 40 microliters of solution to create a convex bulge in the circular PTMS membrane. Move the chip with the photomask, microsyringe, and PTMS plug to under a UV lamp. And expose it for 30 to 45 seconds to cross link the concentric circular hydrogel in the fluidic chamber.After cross linking remove the PTMS plug and the microsyringe to release the liquid pressure. Use a one milliliter syringe loaded with prewarmed DPBS to wash out uncrosslinked resins three times by flushing from the inlet to the outlet. Next fill the flow channel with about 100 microliters of cell culture medium.Place the chip in a sterilized culture dish and culture in a 5%carbon dioxide atmosphere at 37 degrees Celsius for a week. Refresh the medium every day. Take images of three chips on day zero after four hours of incubation as the control group.And three chips on day three as the experimental set using a microscope with a 20 times objective. Measure the line width of each hydrogel from line one to line 12 using software to calculate the compress stains. Shown here are representative results of hydrogel patterns with zero microliter and 40 microliters over injection, after UV cross linking and four hour incubation.The line width of the 3D hydrogel in the non over injection control looks uniform as expected. However the hydrogel patterns with 40 microliters over injection gives a gradient line width of hydrogels decreasing from line one to line 12. After three days of incubation, the cells in the hydrogel extend to different directions.The cells in line one align along the radial direction due to the stimulation of hydrogel elongation. On the contrary the cells in line 12 align along the hydrogel shape where the geometry cue dominates the cellular alignment. There is no specific cell alignment in line 7 where the two cellular alignment cues of line one and line 12 balance each other out.Once measuring the micro environment of gradient strains on 3D hydrogel can be done by the gradient strain chip in two hours if it's performed properly. While attempting this procedure, it is important to remember to sterilize the gradient strain chip before loading the cell prepolymer solution. Also thoroughly wipe the surface of the chip with 75%ethanol before placing the chips into the cell culture incubator.After watching this video you should have a very good understanding of how to generate a gradient strain chip to investigate cell behaviors under different strains imperial.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Encapsulation of Cardiomyocytes in a Fibrin Hydrogel for Cardiac Tissue Engineering

Encapsulation של cardiomyocytes ב Hydrogel הפיברין עבור הנדסת רקמות לב

Culturing cells in a three dimensional hydrogel environment is an important technique for developing constructs for tissue engineering as well as studying ...

Cellular Lipid Extraction for Targeted Stable Isotope Dilution Liquid Chromatography-Mass Spectrometry Analysis

ליפידים מיצוי נייד עבור דילול ממוקד איזוטופ יציב ניתוח כרומטוגרפיה נוזלית ספקטרומטריית-Mass

The metabolism of fatty acids, such as arachidonic acid (AA) and linoleic acid (LA), results in the formation of oxidized bioactive lipids, including ...

Electrotaxis Studies of Lung Cancer Cells using a Multichannel Dual-electric-field Microfluidic Chip

Electrotaxis מחקרים של תאי סרטן ריאות באמצעות רב-ערוצי דו-חשמלי-שדה שבב microfluidic

The behavior of directional cell migration under a direct current electric-field (dcEF) is referred to as electrotaxis. The significant role of ...

Construction of Modular Hydrogel Sheets for Micropatterned Macro-scaled 3D Cellular Architecture

בנייה של גיליונות מודולרי Hydrogel לאדריכלות סלולרית 3D המוקטן מאקרו micropatterned

Hydrogels can be patterned at the micro-scale using microfluidic or micropatterning technologies to provide an in vivo-like three-dimensional (3D) tissue ...

Improved 3D Hydrogel Cultures of Primary Glial Cells for In Vitro Modelling of Neuroinflammation

Improved 3D Hydrogel Cultures of Primary Glial Cells for In Vitro Modelling of Neuroinflammation

שיפור תרבויות הידרוג 3D של תאי גליה העיקרי עבור במבחנה דוגמנות של Neuroinflammation

In the central nervous system, numerous acute injuries and neurodegenerative disorders, as well as implanted devices or biomaterials engineered to enhance ...

Repressing Gene Transcription by Redirecting Cellular Machinery with Chemical Epigenetic Modifiers

הדחקת שעתוק גנים על ידי ניתוב מחדש מכונות הסלולר עם המגבילים Epigenetic כימי

Regulation of chromatin compaction is an important process that governs gene expression in higher eukaryotes. Although chromatin compaction and gene ...

A Microfluidic Platform for Stimulating Chondrocytes with Dynamic Compression

פלטפורמת מיקרופלואידיג לעירור כונדרוציטים עם דחיסה דינמית

Mechanical stimuli are known to modulate biological functions of cells and tissues. Recent studies have suggested that compressive stress alters growth ...

Pancreatic Tissue-Derived Extracellular Matrix Bioink for Printing 3D Cell-Laden Pancreatic Tissue Constructs

רקמת הלבלב הנגזר מטריקס Bioink עבור הדפסת 3D Cell לאדן רקמות הלבלב בנייה

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

High Throughput Yeast Strain Phenotyping with Droplet-Based RNA Sequencing

תפוקה גבוהה שמרים להתאמץ פנוטיפים עם רצפי רנ א מבוססי Droplet

The powerful tools available to edit yeast genomes have made this microbe a valuable platform for engineering. While it is now possible to construct ...