Name: engineering three-dimensional epithelial tissues embedded within extracellular matrix
Uploaded: 2016-07-10T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Engineering Three-dimensional Epithelial Tissues Embedded within Extracellular Matrix at JoVE.com

Эта работа была частично поддержана грантами NIH (HL118532, HL120142, CA187692), Паккарда Фонда Дэвида и Люсиль, в Камиллы и Генри Дрейфуса Foundation, и Берроуза Добро пожаловать фонда. ASP была частично поддержана на Шарлотте Элизабет Procter почетная стипендий.

1. Приготовление растворов <ol><li> Для приготовления 5 мг / мл раствора инсулина а, разбавить порошкового инсулина запас с 5 мМ соляной кислоты (HCl) в дН 2 O (500 мг инсулина в 100 мл растворителя). Подготовьте 100 мл растворителя путем добавления 50 мкл концентрированной HCl в 100 мл дистиллирова...

<ol>
	<li>Affolter, 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=Tube+or+not+tube:+remodeling+epithelial+tissues+by+branching+morphogenesis.">Tube or not tube: remodeling epithelial tissues by branching morphogenesis.</a> Dev Cell. 4 (1), 11-18 (2003).</li><li>Zhu, W., Nelson, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PI3K+signaling+in+the+regulation+of+branching+morphogenesis.">PI3K signaling in the regulation of branching morphogenesis.</a> Biosystems. 109 (3), 403-411 (2012).</li><li>Sternlicht, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Key+stages+in+mammary+gland+development:+the+cues+that+regulate+ductal+branching+morphogenesis.">Key stages in mammary gland development: the cues that regulate ductal branching morphogenesis.</a> Breast Cancer Res. 8 (1), 201 (2006).</li><li>Fata, J. E., 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+MAPK(ERK-1,2)+pathway+integrates+distinct+and+antagonistic+signals+from+TGFalpha+and+FGF7+in+morphogenesis+of+mouse+mammary+epithelium.">The MAPK(ERK-1,2) pathway integrates distinct and antagonistic signals from TGFalpha and FGF7 in morphogenesis of mouse mammary epithelium.</a> Dev Biol. 306 (1), 193-207 (2007).</li><li>Ip, M. M., Darcy, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+mammary+primary+culture+model+systems.">Three-dimensional mammary primary culture model systems.</a> J Mammary Gland Biol Neoplasia. 1 (1), 91-110 (1996).</li><li>Lo, A. T., Mori, H., Mott, J., Bissell, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Constructing+three-dimensional+models+to+study+mammary+gland+branching+morphogenesis+and+functional+differentiation.">Constructing three-dimensional models to study mammary gland branching morphogenesis and functional differentiation.</a> J Mammary Gland Biol Neoplasia. 17 (2), 103-110 (2012).</li><li>Nelson, C. M., Vanduijn, M. M., Inman, J. L., Fletcher, D. A., Bissell, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tissue+geometry+determines+sites+of+mammary+branching+morphogenesis+in+organotypic+cultures.">Tissue geometry determines sites of mammary branching morphogenesis in organotypic cultures.</a> Science. 314 (5797), 298-300 (2006).</li><li>Gjorevski, N., Nelson, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Endogenous+patterns+of+mechanical+stress+are+required+for+branching+morphogenesis.">Endogenous patterns of mechanical stress are required for branching morphogenesis.</a> Integr Biol (Camb). 2 (9), 424-434 (2010).</li><li>Gjorevski, N., Nelson, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mapping+of+mechanical+strains+and+stresses+around+quiescent+engineered+three-dimensional+epithelial+tissues.">Mapping of mechanical strains and stresses around quiescent engineered three-dimensional epithelial tissues.</a> Biophys J. 103 (1), 152-162 (2012).</li><li>Gjorevski, N., Piotrowski, A. S., Varner, V. D., Nelson, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+tensile+forces+drive+collective+cell+migration+through+three-dimensional+extracellular+matrices.">Dynamic tensile forces drive collective cell migration through three-dimensional extracellular matrices.</a> Sci Rep. 5, 11458 (2015).</li><li>Zhu, W., Nelson, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PI3K+regulates+branch+initiation+and+extension+of+cultured+mammary+epithelia+via+Akt+and+Rac1+respectively.">PI3K regulates branch initiation and extension of cultured mammary epithelia via Akt and Rac1 respectively.</a> Dev Biol. 379 (2), 235-245 (2013).</li><li>Barcellos-Hoff, M. H., Aggeler, J., Ram, T. G., Bissell, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+differentiation+and+alveolar+morphogenesis+of+primary+mammary+cultures+on+reconstituted+basement+membrane.">Functional differentiation and alveolar morphogenesis of primary mammary cultures on reconstituted basement membrane.</a> Development. 105 (2), 223-235 (1989).</li><li>Hirai, 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=Epimorphin+functions+as+a+key+morphoregulator+for+mammary+epithelial+cells.">Epimorphin functions as a key morphoregulator for mammary epithelial cells.</a> J Cell Biol. 140 (1), 159-169 (1998).</li><li>Pavlovich, A. L., Manivannan, S., Nelson, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adipose+stroma+induces+branching+morphogenesis+of+engineered+epithelial+tubules.">Adipose stroma induces branching morphogenesis of engineered epithelial tubules.</a> Tissue Eng Part A. 16 (12), 3719-3726 (2010).</li></ol>

The protocol described above outlines a method to produce identical epithelial tissues of pre-defined shape, enabling spatial control of the mechanical stress experienced by cells in the tissue. An elastomeric mold is used to create cavities in type I collagen that are then filled with epithelial cells and covered with an additional collagen layer such that cells are completely encapsulated in a 3D collagen matrix environment. Further culture of these tissues and treatment with growth factors to induce branching from the...

Развитие разветвленных эпителиальных тканей, известных как морфогенеза ветвления, регулируется клеточными происхождения, физических и экологических факторов. В молочной железе, морфогенеза ветвления представляет собой итерационный процесс, посредством которого направляется коллективная миграция клеток создает древовидную архитектуру. Первым шагом является первичное образование бутон из молочных протоков, а затем ветви инициации и удлинения 1,2. Вторжение ветвей в окружающую строму индуцируется систематическом высвобождении стероидных гормонов в период полового созревания. Новые первичные почки затем начать с концов существующих ветвей, и этот процесс продолжает создавать эпителиальный дерево 3. Хотя многие важные биохимические сигналы были идентифицированы, полное понимание клеточных биологических механизмов, которые ведут этот сложный процесс развития в настоящее время отсутствует. Кроме того, механистические исследования влияния конкретных киев трудно разобрать из эксперименты в естественных условиях, так как точные пространственно - временные возмущения и измерения часто не представляется возможным. Трехмерные (3D) методы культивирования, такие как целые культуры органов, первичных органоидов и моделей клеточных культур, являются полезными инструментами для систематического изучения механизмов , лежащих в основе ткани морфогенеза 4-6. Они могут быть особенно полезны для определения влияния конкретных факторов по отдельности, такие , как механические силы и биохимические сигналы, на различные клеточные поведения, включая миграцию, пролиферацию и дифференцировку. 6 сконструированные модели клеточных культур, в частности, легко включить возмущение отдельных клеток и их микроокружения. Одной из таких моделей культура использует подход на основе микротехнологий для конструирования модели молочных желез эпителиальные ткани с контролируемой 3D-структуры, которые последовательно и воспроизводимо образуют ветви, которые мигрируют в совокупности, когда индуцированное с аppropriate факторы роста. Основным преимуществом данной модели является возможность точного манипулирования и измерения воздействия физических и биохимических факторов, таких как закономерности механических напряжений, с высокой статистической достоверностью. Этот метод, вместе с компьютерного моделирования, уже используется для определения относительных вкладов физических и биохимических сигналов в руководстве нормального развития молочных эпителиальных тканей и других разветвленных эпителий 7-11. Представленные здесь подробные протокол для построения этих моделей тканей, которые могут быть легко распространены на другие типы клеток и внеклеточного матрикса (ECM), гели, и который служит в качестве потенциального инструмента для тестирования терапевтических средств.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Polydimethylsiloxane (PDMS)</td>
			<td>Ellsworth Adhesives</td>
			<td>Sylgard 184</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PDMS curing agent</td>
			<td>Ellsworth Adhesives</td>
			<td>Sylgard 184</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lithographically patterned silicon master</td>
			<td>self-made</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic weigh boat</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>08-732-115</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>100-mm-diameter Petri dishes</td>
			<td>BioExpress</td>
			<td>D-2550-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethyl Alcohol 200 Proof</td>
			<td>Pharmco-Aaper</td>
			<td>111000200</td>
			<td>Make a 70% EtOH (v:v) solution by mixing with dH2O</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Razor blade</td>
			<td>American Safety Razor</td>
			<td>620179</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1:1 Dulbecco&#8217;s Modified Eagle&#8217;s Medium : Ham&#8217;s F12 Nutrient Mixture (DMEM/F12) (1:1)</td>
			<td>Hyclone</td>
			<td>SH30023FS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal Bovine Serum (FBS)</td>
			<td>Atlanta Biologicals</td>
			<td>S11150H</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10x Hank&#8217;s balanced salt solution (HBSS)</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>14185-052</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Insulin</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>I6634-500MG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gentamicin</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>15750-060</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10X Phosphate-buffered saline (PBS)</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>BP399-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium hydroxide (NaOH)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>221465-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine type I collagen (non-pepsinized)</td>
			<td>Koken</td>
			<td>IAC-50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Albumin from bovine serum (BSA)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>A-7906</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Curved stainless steel tweezers</td>
			<td>Dumont</td>
			<td>7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>35-mm-diameter tissue culture dishes</td>
			<td>BioExpress</td>
			<td>T-2881-6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>15 mL conical tubes</td>
			<td>BioExpress</td>
			<td>C-3394-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1.5 mL Eppendorf Safe-Lock Tube</td>
			<td>USA Scientific</td>
			<td>1615-5500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Circular #1 glass coverslips, 15-mm in diameter</td>
			<td>Bellco Glass Inc.</td>
			<td>Special order</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.05% 1X Trypsin-EDTA</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>25300-054</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paraformaldehyde</td>
			<td>VWR</td>
			<td>100503-916</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triton X-100</td>
			<td>Perkin Elmer</td>
			<td>N9300260</td>
			<td>Detergent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HGF</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>H 9661</td>
			<td>Resuspended in dH2O at 50 mg/mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rabbit anti-mouse FAK antibody</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>AMO0672</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-rabbit Alexa 488 antibody</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>A-11034</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adobe Photoshop</td>
			<td>Adobe</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Used for color-coding pixel frequency maps.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FIJI (ImageJ)</td>
			<td>NIH</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Free image analysis software used for thresholding, registering, and overlaying images to create a pixel frequency map. The StackReg plugin was used for registering binary images.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

engineering three-dimensional epithelial tissues embedded within extracellular matrix

The architecture of branched organs such as the lungs, kidneys, and mammary glands arises through the developmental process of branching morphogenesis, which is regulated by a variety of soluble and physical signals in the microenvironment. Described here is a method created to study the process of branching morphogenesis by forming engineered three-dimensional (3D) epithelial tissues of defined shape and size that are completely embedded within an extracellular matrix (ECM). This method enables the formation of arrays of identical tissues and enables the control of a variety of environmental factors, including tissue geometry, spacing, and ECM composition. This method can also be combined with widely used techniques such as traction force microscopy (TFM) to gain more information about the interactions between cells and their surrounding ECM. The protocol can be used to investigate a variety of cell and tissue processes beyond branching morphogenesis, including cancer invasion.

Общая схема молочных желез микротехнологий эпителиальной ткани Общая схема процедуры микроструктур с изложением экспериментальной работы потока показана на рисунке 1. Конечный результат представляет собой массив из эпителиальных ...

Watch this Scientific Journal Video about Engineering Three-dimensional Epithelial Tissues Embedded within Extracellular Matrix at JoVE.com

Engineering Three-dimensional Epithelial Tissues Embedded within Extracellular Matrix

Эта рукопись описывает мягкую технику литографии на основе спроектировать единые массивы трехмерных (3D) эпителиальные ткани определенной геометрии, окруженными внеклеточного матрикса. Этот метод поддается широкое разнообразие типов клеток и экспериментальных контекстах и ​​позволяет высокопроизводительного скрининга одинаковых повторностях.

Инженерная Трехмерные эпителиальной ткани Встроенные в внеклеточной матрицы

The architecture of branched organs such as the lungs, kidneys, and mammary glands arises through the developmental process of branching morphogenesis, ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Three-dimensional Optical-resolution Photoacoustic Microscopy

Трехмерная оптическая разрешением Фотоакустическая микроскопии

Optical microscopy, providing valuable insights at the cellular and organelle levels, has been widely recognized as an enabling biomedical technology. As ...

Planar and Three-Dimensional Printing of Conductive Inks

Плоские и трехмерной печати проводящей краски

Printed electronics rely on low-cost, large-area fabrication routes to create flexible or multidimensional electronic, optoelectronic, and biomedical ...

Live-cell Imaging of Migrating Cells Expressing Fluorescently-tagged Proteins in a Three-dimensional Matrix

Live-ячейки изображения по переносу клеток, экспрессирующих флуоресцентно с метками Белки в трехмерной матрице

Traditionally, cell migration has been studied on two-dimensional, stiff plastic surfaces. However, during important biological processes such as wound ...

Analysis of Cell Migration within a Three-dimensional Collagen Matrix

Анализ миграции клеток в трехмерном коллагеновой матрице

The ability to migrate is a hallmark of various cell types and plays a crucial role in several physiological processes, including&#160;embryonic ...

Design and Construction of Artificial Extracellular Matrix (aECM) Proteins from Escherichia coli for Skin Tissue Engineering

Design and Construction of Artificial Extracellular Matrix aECM Proteins from Escherichia coli for Skin Tissue Engineering

Проектирование и строительство искусственного внеклеточного матрикса (aECM) Белки<em&gt; Кишечная палочка</em&gt; Для кожи тканевой инженерии

Recombinant technology is a versatile platform to create novel artificial proteins with tunable properties. For the last decade, many artificial proteins ...

Epithelial Cell Repopulation and Preparation of Rodent Extracellular Matrix Scaffolds for Renal Tissue Development

Эпителиальные Репопуляции сотовый и подготовка грызунов внеклеточный матрикс строительные леса для почечной ткани развития

This protocol details the generation of acellular, yet biofunctional, renal extracellular matrix (ECM) scaffolds that are useful as small-scale model ...

Characterizing Cell Migration Within Three-dimensional In Vitro Wound Environments

Characterizing Cell Migration Within Three-dimensional In Vitro Wound Environments

Характеризующие клеток миграции в рамках трехмерной в Vitro рану среды

Currently, most in vitro models of wound healing, such as well-established scratch assays, involve studying cell migration and wound closure on ...

Melt Electrospinning Writing of Three-dimensional Poly(&#949;-caprolactone) Scaffolds with Controllable Morphologies for Tissue Engineering Applications

Melt Electrospinning Writing of Three-dimensional PolyÃƒÆ’Ã…Â½Ãƒâ€šÃ‚Âµ-caprolactone Scaffolds with Controllable Morphologies for Tissue Engineering Applications

Расплава Electrospinning написания трехмерных Poly(ε-caprolactone) леса с контролируемым морфологии тканей инженерных приложений

This tutorial reflects on the fundamental principles and guidelines for electrospinning writing with polymer melts, an additive manufacturing technology ...

Culturing Mammalian Cells in Three-dimensional Peptide Scaffolds

Культивирование клеток млекопитающих в трехмерной пептид подмости

A useful technique for culturing cells in a self-assembling nanofiber three-dimensional (3D) scaffold is described. This culture system recreates an ...

Production of Extracellular Matrix Fibers via Sacrificial Hollow Fiber Membrane Cell Culture

Производство волокон внеклеточного матрикса через жертвенную полые волокна мембраны клеточной культуры

Engineered scaffolds derived from extracellular matrix (ECM) have driven significant interest in medicine for their potential in expediting wound closure ...