Name: development of a multicellular three-dimensional organotypic model of the human intestinal mucosa grown under microgravity
Uploaded: 2016-07-25T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Development of a Multicellular Three-dimensional Organotypic Model of the Human Intestinal Mucosa Grown Under Microgravity at JoVE.com

This work was supported, in part, by NIAID, NIH, DHHS federal research grants R01 AI036525 and U19 AI082655 (CCHI) to MBS and by NIH grant DK048373 to AF. The content is solely the responsibility of the authors and does not necessarily represent the official views of the National Institute of Allergy And Infectious Diseases or the National Institutes of Health.

윤리 문 : 모든 혈액 표본이 프로토콜 번호 HP-00040025-1에 참여한 자원 봉사자들로부터 수집 하였다. 메릴랜드 임상 시험 심사위원회의 대학은이 프로토콜을 승인하고이 원고에 포함 된 연구를위한 건강한 지원자에서 혈액 표본의 수집을 승인했다. 이 연구의 목적은 자원 봉사자들에게 설명하고, 모든 자원 봉사자는 정보를 준, 혈액 그리기 전에 동의를 체결했다. 주 : 매체 보충 준비를 위해 <str...

이 논문에서는 일차 인간 림프구, 섬유 모세포, 및 내피 세포뿐만 아니라 소장 상피 세포주를 포함한 24 배수 종류의 세포로 구성된 인간 장 점막의 생체 공학 모델의 개발을 기술한다. 이 3-D 모델에서 세포는 미세 중력 상태 (24)에서 콜라겐이 풍부한 세포 외 기질 내에서 배양된다. 전술 한 바와 같이,이 모델의 주요 기능은 다음과 같다 : (i) 상피 ...

과학자들은 다른 골격 유형 (예., 라미닌, 콜라겐 타입 I 콜라겐 IV 및 피브로넥틴) 및 개선하는 성장 인자의 칵테일을 조사하기 시작했을 때, 3-D 모델을 구축하는 제 침투는 1980 년대 초에보고 세포 간 및 &quot;정적&quot;3-D 모델 1-7의 ECM 상호 작용. 그 이후로,이 모델의 주요 문제는 매체 및 조직 구조 (8) 내에서 영양소의 전송 및 산소 제한하고있다. 혈관의 네트워크 주변에서 일정한 영양분 및 산소의 흐름을 수용하는 생체 환경에서 세포와 대조적으로,이 모델의 정적 특성은 세포로의 효과적인 분산을 방해한다. 예를 들어, 크기가 몇 mm를 초과 체외 정적 모델에서 생성 된 세포 집합체는 변함없이 저산소, 괴사 코어 (9)을 개발할 것입니다. RWV 생물 반응기는이 문제를 피할 수 있습니다영양분과 산소 10-12의 효율적인 확산을 허용 유체 역학을 제공하여. 그러나, 지금까지 RWV 생물 반응기를 사용하여 작업이 하나 또는 두 종류의 세포 13-17의 포함에 한정되었다. 또한, 대신에 기본 조직과 동일한 공간 배향, 이러한 세포는 세포 응집체를 형성했다. 이러한 제한에 대한 가장 큰 이유는 통합 된 방식으로 세포를 통합 할 수있는 발판의 부족이었다. 현재까지 RWV의 생물 반응기에 사용되는 지지체는 주로 합성 마이크로 비즈, 관 실린더 또는 작은 시트 13-15,19-23의, 몇 가지 예외를 제외하고 16 ~ 18으로 구성되어 있습니다. 이러한 조성 및 유연성 조작 할 수없고, 어떤 셀이 그 표면에 부착 된 강성 물질이다. 따라서, 이러한 모델은 통합 된 방식으로 평가하기 위해서는 시스템을 제공 할 가능성은, 다양한 세포와 같은 간질 세포와 같은 구성 요소 (예., 섬유 아세포, 내피 세포 및 면역) 즉이야hould 밀접하게 인간의 조직을 모방하는 발판 내에 분산 될 수있다. 여기서 우리는 장 상피 세포주 및 일차 인간 림프구, 내피 세포로 구성된 인간 장 점막의 다세포 3 차원의 Organotypic 모델의 개발을 기술하고, 섬유 아세포 (24). 이 세포는 미세 중력 하에서 RWV 생물 반응기 13,25-30에 의해 제공 배양 하였다. 우리의 3-D 모델에서 ECM 많은 별개 이러한 배지 유사한 삼투압 (예., 배양 중에 무시할 확산 감금) 세포 및 다른 중요한 세포 외 기질 단백질을 포함하는 능력과 같은 특성뿐만 아니라, 같은 보유 적절한 강성 생물 반응기 (24)에 사용될 수있다. 생물학적 시스템은 매우 복잡하고, 지난 몇 년간, isolatio 그들을 공부보다는 주변 환경과 세포의 상호 작용의 시험 향해 점막 연구의 초점의 변화가 있었다엔. 특히, 장 세포 생존 및 분화에 영향을 미치는 세포 - 세포 상호 작용의 중요성을 잘 31-34를 설명되어 있습니다. 구체적으로는, 상피 세포 및 그들의 틈새 사이의 통신은 상피 세포의 확장 및 분화 (35)에 큰 영향을 미친다. 실제로, 널리 사용되는 전용 세포 간뿐만 아니라, 세포 간 상호 작용 ECM 3-D 배양 모델에서 상피 세포의 유지와 분화에 중요하다. 이전의 연구는 콜라겐 I 24,36,37, 라미닌 (38) 및 피브로넥틴 (39)는 원래 점막과 유사한 공간 방향을 취득 장내 상피 세포에 영향을 미치는 수단이되기 때문에 그 직감 ECM 단백질을 증명하고있다. 연구자들은 복잡한 세포 및 구조 아키텍처를 다시하려는 경우 따라서, 새로운 기술의 개발은 우리의 3-D 모델 (24)처럼, 그 창자의 표현형의 다양성이 요구되는 모방 할 수그리고 장내 미세 환경의 기능. 이러한 모델은 새로운 경구 용 약물과 백신 후보들의 평가 및 개발에 중요한 수단을 나타낸다.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="845">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="70">
			<td height="70" style="height:70px;width:319px;">Quad Rotator/Independent Rotating Wall Vessel (RWV) bioreactor&#160;</td>
			<td style="width:131px;">Synthecon</td>
			<td style="width:115px;">RCCs-4DQ</td>
			<td style="width:283px;">For up to 4 vessels. Models with more or less vessels are also available.</td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:319px;">Disposable 50 ml-vessel</td>
			<td style="width:131px;">Synthecon</td>
			<td style="width:115px;">D-405</td>
			<td style="width:283px;">Box with 4 vessels</td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:319px;">HCT-8 epithelial cells&#160;</td>
			<td style="width:131px;">ATCC</td>
			<td style="width:115px;">CCL-244</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:319px;">CCD-18Co Fibroblasts&#160;</td>
			<td style="width:131px;">ATCC</td>
			<td style="width:115px;">CRL-1459</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;">Human Umbilical Vein Endothelial Cells</td>
			<td style="width:131px;">ATCC</td>
			<td style="width:115px;">CRL-1730</td>
			<td style="width:283px;">HUVEC</td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:319px;">Fibroblast Growth Factor-Basic&#160;</td>
			<td style="width:131px;">Sigma</td>
			<td style="width:115px;">F0291</td>
			<td>bFGF</td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:319px;">Stem Cell Factor&#160;</td>
			<td style="width:131px;">Sigma</td>
			<td style="width:115px;">S7901</td>
			<td>SCF</td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:319px;">Hepatocyte Growth Factor&#160;</td>
			<td style="width:131px;">Sigma</td>
			<td style="width:115px;">H1404</td>
			<td>HGF</td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:319px;">Endothelin 3</td>
			<td style="width:131px;">Sigma</td>
			<td style="width:115px;">E9137</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="49">
			<td height="49" style="height:49px;width:319px;">Laminin</td>
			<td style="width:131px;">Sigma</td>
			<td style="width:115px;">L2020</td>
			<td style="width:283px;">Isolated from mouse Engelbreth-Holm-Swarm tumor</td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:319px;">Vascular Endothelial Growth Factor&#160;</td>
			<td style="width:131px;">Sigma</td>
			<td style="width:115px;">V7259</td>
			<td>VEGF</td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:319px;">Leukemia Inhibitory Factor&#160;</td>
			<td style="width:131px;">Santa Cruz</td>
			<td style="width:115px;">sc-4377</td>
			<td>(LIF</td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:319px;">Adenine</td>
			<td style="width:131px;">Sigma</td>
			<td style="width:115px;">A2786</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:319px;">Insulin</td>
			<td style="width:131px;">Sigma</td>
			<td style="width:115px;">I-6634</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:319px;">3,3&#39;,5-triiodo-L-thyronine&#160;</td>
			<td style="width:131px;">Sigma</td>
			<td style="width:115px;">T-6397</td>
			<td>T3</td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:319px;">Cholera Toxin</td>
			<td style="width:131px;">Sigma</td>
			<td style="width:115px;">C-8052</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="30">
			<td height="30" style="height:30px;width:319px;">Fibronectin</td>
			<td style="width:131px;">BD</td>
			<td style="width:115px;">354008</td>
			<td style="width:283px;">Isolated from human plasma</td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:319px;">apo-Transferrin</td>
			<td style="width:131px;">Sigma</td>
			<td style="width:115px;">T-1147</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:319px;">Heparin</td>
			<td style="width:131px;">Sigma</td>
			<td style="width:115px;">H3149</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="46">
			<td height="46" style="height:46px;width:319px;">Heparan sulfate&#160; proteoglycan</td>
			<td style="width:131px;">Sigma</td>
			<td style="width:115px;">H4777</td>
			<td style="width:283px;">Isolated from basement membrane of mouse&#160; Engelbreth-Holm-Swarm tumor</td>
		</tr>
		<tr height="32">
			<td height="32" style="height:32px;width:319px;">Collagen IV</td>
			<td style="width:131px;">Sigma</td>
			<td style="width:115px;">C5533</td>
			<td style="width:283px;">Isolated from human placenta</td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:319px;">Heat-inactivated fetal bovine serum&#160;</td>
			<td style="width:131px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:115px;">10437-028</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:319px;">D-MEM, powder</td>
			<td style="width:131px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:115px;">12800-017</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:319px;">10% formalin&#8211;PBS&#160;</td>
			<td style="width:131px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:115px;">SF100-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:319px;">Bovine type I collagen&#160;</td>
			<td style="width:131px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:115px;">A1064401</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:319px;">Trypsin-EDTA&#160;</td>
			<td style="width:131px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:115px;">MT25-052-CI</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:319px;">Sodium pyruvate</td>
			<td style="width:131px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:115px;">11360-070</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:319px;">Gentamicin&#160;</td>
			<td style="width:131px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:115px;">15750-060</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:319px;">Penicillin/streptomincin&#160;</td>
			<td style="width:131px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:115px;">15140-122</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:319px;">L-Glutamine</td>
			<td style="width:131px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:115px;">25030-081</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:319px;">Hepes</td>
			<td style="width:131px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:115px;">15630-080</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:319px;">Ham&#39;s F-12</td>
			<td style="width:131px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:115px;">11765-054</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:319px;">Basal Medium Eagle</td>
			<td style="width:131px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:115px;">21010-046</td>
			<td style="width:283px;">BME</td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:319px;">RPMI-1640</td>
			<td style="width:131px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:115px;">11875-093</td>
			<td style="width:283px;"></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:319px;">Endothelial Basal Medium</td>
			<td style="width:131px;">Lonza</td>
			<td style="width:115px;">CC-3156</td>
			<td style="width:283px;">EBM-2</td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:319px;">Endothelial cell growth supplement</td>
			<td style="width:131px;">Millipore</td>
			<td style="width:115px;">02-102</td>
			<td style="width:283px;">ECGS</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

development of a multicellular three-dimensional organotypic model of the human intestinal mucosa grown under microgravity

3 차원 (3-D) 환경에서 성장하는 세포는 다수의 2 차원 환경에서 세포 배양 간격 (예., 플라스크 또는 요리)을 해소 할 가능성이 있기 때문이다. 사실, 널리 접시 또는 플라스크에서 배양 세포 분화 디 그들이 유래 된 조​​직에서의 특화된 기능을 상실하는 경향이 인정된다. (a) 정적 모델 생물을 이용하여 (b) 모델 : 현재 원시 세포 외 기질 (ECM)을 흉내 낸 세포를 지지체로 시딩 3-D 배양 시스템의 두 종류가 주로 존재한다. 제 획기적인 정적 3-D 모델이었다. 이러한 회전 벽 혈관 등의 생물을 이용하여 3-D 모델 (RWV) 생물 반응기는 더 최근의 개발이다. RWV 생물 반응기의 원래 개념은 1990 년대 초에 NASA의 존슨 우주 센터에서 개발 및 저산소, 괴사 코어의 개발로 정적 모델의 한계를 극복 할 것으로 생각된다. RWV의 생물 반응기는 일을 피할 수 있습니다영양분과 산소의 효율적인 확산을 허용 유체 역학을 제공하여 문제가된다. 이 생물 반응 장치 지원 및 폭기 소스 유형에 따라 다릅니다 문화 선박의 두 가지 형식을 회전시키는 역할을 회 전자의 기본 구성 : 공동 축 중앙에 형산, 또는 (1) 느린 켜기 측면 용기 (STLVs) (2 평평한 실리콘 고무 가스 이송 멤브레인을 통해 산소와) 높은 화면 비율 용기 (HARVs). 거품 형성과 그에 따른 혼란을 피하면서이 선박은 효율적인 가스 전송을 할 수 있습니다. 이러한 조건은 모델 배양 용기 중의 중력 (무중력)를 감소 층류 최소 전단력 초래한다. 여기서 우리는 RWV 바이오 리액터에 의해 제공된 소장 상피 세포주 및 일차 인간 림프구 무중력 하에서 배양 된 내피 세포 및 섬유 아세포 이루어지는 인간의 장 점막의 다세포 3 차원의 Organotypic 모델의 개발을 기술한다. &lt;/ P&gt;

<html> 이전에, 우리는 장 상피 세포주 및 일차 인간 림프구 무중력 상태 (24) (도 1)에서 배양 내피 세포 및 섬유 아세포 이루어진 인간 장 점막의 다세포 3 차원의 Organotypic 모델을 설계했다. 섬유 아 세포와 내피 세포는 내가 추가 장내 지하 막 단백질 45 (예., 라미닌, 콜라겐 IV, 피브로넥틴 및 헤파린 황산 프로테오글리칸) 풍부 행렬 콜라겐...

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Development of a Multicellular Three-dimensional Organotypic Model of the Human Intestinal Mucosa Grown Under Microgravity

3 차원 (3-D) 환경에서 성장하는 세포는 2-D 환경 (예 : 플라스크 또는 종) 세포 배양에 비해 현저한 개선을 나타낸다. 여기에서 우리는 회전 벽 혈관 (RWV) 생물 반응기에서 제공하는 미세 중력에서 배양 인간의 장 점막의 다세포 3 차원의 Organotypic 모델의 개발을 설명합니다.

인간의 장 점막의 다세포 3 차원의 Organotypic 모델의 개발은 미세 중력 하에서 성장

Because cells growing in a three-dimensional (3-D) environment have the potential to bridge many gaps of cell cultivation in 2-D environments (e.g., ...

The overall goal of this procedure is to describe the development of a multi-cellular 3-D organotypic model of the human intestinal mucosa cultured under micro-gravity provided by rotating wall vessel bioreactors. This method has a wide range potential as a tool for discovery in both health and disease. Including interactions with pathogens, antigen trafficking and the inflammatory processes.The main advantages of this technique are the mimicking of the phenotypic diversity of the cat and the use of the D-12 vessel bioreactors that allow efficient diffusion of nutrients and oxygen. Start by unscrewing the cap from the fill port of the culture vessel and adding 50 milliliters of our PMI. Once the vessel is full, replace the cap and wipe any spilled medium with 70%ethanol.Allow the vessel to incubate for at least 15 minutes to overnight at room temperature. When ready to continue, use the fill port to discard the culture medium and add 30 milliliters of the 3-D culture medium to the vessel. Replace the cap on the fill port and again, wipe up any spilled medium with 70%ethanol.Remove near confluent flasks containing human umbilical vein endothelial cells and human colonic fibroblasts from the incubator and wash them twice with PBS. Then, detach the cells by covering them using a 0.25%trypsin solution with 0.05%trypsin EDTA. Once the cells detach, collect them in a 50 milliliter tube preloaded with 30 milliliters of DMEM containing 30%FBS.Centrifuge the tube for 10 minutes to pellet the cells. Then, re-suspend the cells in 30 milliliters of DMEM containing 30%FBS. Next, dilute 20 microliters of the re-suspended cells with 20 micro-liters of trypan blue dye.Load the hemocytometer with the cell mixture and count the concentration of viable cells. Then, re-suspend each cell type at 50 to 80 million cells per milliliter in DMEM containing 30%FBS. First, place the appropriate number of culture inserts into the wells of a six well plate.Next, prepare the collagen mixture by first adding 10x DMEM, 10x Reconstitution Media, 200 millimolar L-glutamine and heat inactivated FBS to a 50 milliliter conical tube. Then add bovine collagen type one, laminin, collagen type four, fibronectin, heparin sulfate proteoglycan and finally add sodium hydroxide to neutralize the solution's pH. If at any time the mixture develops a yellowish colored acidic appearance, add a few drops of sterile 1 normal sodium hydroxide to neutralize the mixture.Close the tube and mix the solution by inverting it several times while avoiding bubble formation. When not mixing, keep the solution on ice to prevent it from polymerizing. Once mixed, add the cell suspensions to the collagen preparation and mix the tubes by gently inverting the tubes several times to avoid bubble formation.Then place them back on the ice. Add four to five milliliters of the cell containing collagen solution into each insert and allow the collagen to gel in the hood with little or no movement for one hour. After one hour, transfer the six well plate to an incubator for one to two additional hours.Next, return the plate to the tissue culture hood and use a pair of sterile forceps and a scalpel to aseptically cut the membrane from the insert. Detach the cell containing gel from the membrane and then cut the detached gel into small squares. Add the small cell containing collagen squares into one of the pre-filled 50 milliliter vessels using the fill port.Next prepare a suspension of HCT-8 human epithelial cells as described in the accompanying text protocol. Re-suspend the cells at a concentration of 10 million cells per milliliter in DMEM containing 30%FBS. Then, add one milliliter of the HCT-8 cell suspension into the 50 milliliter vessel using its fill port.After adding the cells, add an additional 20 milliliters of 3-D culture medium into the vessel so that it is nearly full. Replace the cap and wet the lip of the fill port with 70%ethanol. Next, place a five milliliter syringe containing three to four milliliters of 3-D culture medium into one port of the vessel and an empty five milliliter syringe in the other port.Remove any visible bubbles by pulling into the empty syringe while approximately the same volume of medium is injected through the other syringe into the vessel. With all of the air now removed, place the vessels in the bioreactor, turn on the power and set the speed at 13 to 14 rotations per minute. Adjust the speed as necessary to prevent the cells from contacting the vessel walls.Culture the cells under micro-gravity and change the culture medium every three to four days. To change the media, use the dual syringe method to replace approximately 30 milliliters of the used medium with fresh 3-D culture medium. After three to five days in culture, isolate peripheral blood mononuclear cells as described in the accompanying text protocol.Then remove the vessel from the bioreactor and add approximately 20 million cells consisting of lymphocytes and monocytes to the vessels through the fill port. Place the vessels back in the bioreactor and culture for an additional four to six days. Around day nine of the culture, add an additional 20 million cells consisting of lymphocytes and monocytes into the vessel and continue the cultures for up to 12 additional days.At the end of the experiment, use a transfer pipette to harvest each small gel fragment, now called a construct, and place them into the wells of a six well plate containing 10 milliliters of 10%formalin buffer. Fix the constructs for three hours at room temperature and then proceed with standard histological embedding, sectioning and staining protocols. The methods presented in this video produce a multi-cellular 3-D organotypic model of the human intestinal mucosa.In micro-gravity culture, cells become well differentiated and form ordered, villus-like features by day 20. Once mastered, this technique can be done in six hours if it is performed properly. While attempting this procedure, it's important to remember to adhere to good cell culture guidelines.It is crucial to systematically control cells for viability, mycoplasma contamination and changes in cell growth behavior. Following this procedure, other methods like immunohistochemistry can be performed in order to identify markers of lineage and cell differentiation. After watching this video, you should have a good understanding of how to develop a multi-cellular 3-D organotypic model of the human intestinal mucosa cultured under micro-gravity.

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Lab-on-a-CD Platform for Generating Multicellular Three-dimensional Spheroids

다세포 3차원 스페로이드 생성을 위한 랩 온 어 CD 플랫폼

A three-dimensional spheroid cell culture can obtain more useful results in cell experiments because it can better simulate cell microenvironments of the ...

Preclinical Cardiac Electrophysiology Assessment by Dual Voltage and Calcium Optical Mapping of Human Organotypic Cardiac Slices

인간 조직형 심장 슬라이스의 이중 전압 및 칼슘 광학 매핑에 의한 전임상 심장 전극생리학 평가

Human cardiac slice preparations have recently been developed as a platform for human physiology studies and therapy testing to bridge the gap between ...