Name: creation of cardiac tissue exhibiting mechanical integration of spheroids using 3d bioprinting
Uploaded: 2017-07-02T13:00:00
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Les auteurs reconnaissent les sources de financement suivantes: Magic That Matters Fund for Cardiovascular Research and the Maryland Stem Cell Research Fund (2016-MSCRFI-2735).

1. Préparation des cardiomyocytes <ol><li> Générer et cultiver des cellules souches pluripotentes induites par l&#39;homme (hiPSC) sur des plaques à 6 puits revêtues d&#39;une matrice de membrane basale telle que décrite 10 . </li><li> Différenciez les hiPSC dans les cardiomyocytes dérivés de HiPSC (HiPSC-CM) en utilisant les méthodes décrites précédemment 11 , 12 . </li><li> Le jour 19 après différenciation, isoler les c...

<ol>
	<li>Murphy, S. V., Atala, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+bioprinting+of+tissues+and+organs.">3D bioprinting of tissues and organs.</a> Nat Biotech. 32, 773-785 (2014).</li><li>Bajaj, P., Schweller, R. M., Khademhosseini, A., West, J. L., Bashir, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+biofabrication+strategies+for+tissue+engineering+and+regenerative+medicine.">3D biofabrication strategies for tissue engineering and regenerative medicine.</a> Ann Rev Biomed Eng. 16, 247-276 (2014).</li><li>Patra, S., Young, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Review+of+3D+Printing+Techniques+and+the+Future+in+Biofabrication+of+Bioprinted+Tissue.">A Review of 3D Printing Techniques and the Future in Biofabrication of Bioprinted Tissue.</a> Cell Biochem Biophy. 74, 93-98 (2016).</li><li>Moldovan, N. I., Hibino, N., Nakayama, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Principles+of+the+Kenzan+Method+for+Robotic+Cell+Spheroid-Based+Three-Dimensional+Bioprinting.">Principles of the Kenzan Method for Robotic Cell Spheroid-Based Three-Dimensional Bioprinting.</a> Tissue Eng Part B Rev. , (2017).</li><li>Cui, X., Boland, T., D'Lima, D. D., Lotz, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+inkjet+printing+in+tissue+engineering+and+regenerative+medicine.">Thermal inkjet printing in tissue engineering and regenerative medicine.</a> Recent Pat Drug Deliv Formul. 6, 149-155 (2012).</li><li>Murphy, C. M., Haugh, M. G., O'Brien, F. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+mean+pore+size+on+cell+attachment,+proliferation+and+migration+in+collagen-glycosaminoglycan+scaffolds+for+bone+tissue+engineering.">The effect of mean pore size on cell attachment, proliferation and migration in collagen-glycosaminoglycan scaffolds for bone tissue engineering.</a> Biomater. 31, 461-466 (2010).</li><li>Noguchi, R., 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=Development+of+a+three-dimensional+pre-vascularized+scaffold-free+contractile+cardiac+patch+for+treating+heart+disease.">Development of a three-dimensional pre-vascularized scaffold-free contractile cardiac patch for treating heart disease.</a> J Heart Lung Transpl. 35, 137-145 (2016).</li><li>Mironov, V., 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=Organ+printing:+tissue+spheroids+as+building+blocks.">Organ printing: tissue spheroids as building blocks.</a> Biomater. 30, 2164-2174 (2009).</li><li>Itoh, 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=Scaffold-Free+Tubular+Tissues+Created+by+a+Bio-3D+Printer+Undergo+Remodeling+and+Endothelialization+when+Implanted+in+Rat+Aortae.">Scaffold-Free Tubular Tissues Created by a Bio-3D Printer Undergo Remodeling and Endothelialization when Implanted in Rat Aortae.</a> PloS One. 10, e0136681 (2015).</li><li>Lieu, P. T., Fontes, A., Vemuri, M. C., Macarthur, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generation+of+induced+pluripotent+stem+cells+with+CytoTune,+a+non-integrating+Sendai+virus.">Generation of induced pluripotent stem cells with CytoTune, a non-integrating Sendai virus.</a> Methods Mol Biol. 997, 45-56 (2013).</li><li>Li, S., Cheng, H., Tomaselli, G. F., Li, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanistic+basis+of+excitation-contraction+coupling+in+human+pluripotent+stem+cell-derived+ventricular+cardiomyocytes+revealed+by+Ca2++spark+characteristics:+direct+evidence+of+functional+Ca2+-induced+Ca2++release.">Mechanistic basis of excitation-contraction coupling in human pluripotent stem cell-derived ventricular cardiomyocytes revealed by Ca2+ spark characteristics: direct evidence of functional Ca2+-induced Ca2+ release.</a> Heart Rhythm. 11, 133-140 (2014).</li><li>Boheler, K. R., 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+Human+Pluripotent+Stem+Cell+Surface+N-Glycoproteome+Resource+Reveals+Markers,+Extracellular+Epitopes,+and+Drug+Targets.">A Human Pluripotent Stem Cell Surface N-Glycoproteome Resource Reveals Markers, Extracellular Epitopes, and Drug Targets.</a> Stem Cell Rep. 3, 185-203 (2014).</li><li>ScienCell Research Laboratories. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Human Cardiac Fibroblasts (adult ventricular) Product Sheet. , (2017).</li><li>Lonza Walkersville, Inc. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Endothelial Cell Systems - Technical Information &amp; Instructions.,. , (2015).</li><li>Thermo Fisher Scientific, Inc. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Immunofluorescence Method for IHC Detection. , (2017).</li><li>Murata, 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+preliminary+study+of+osteochondral+regeneration+using+a+scaffold-free+three-dimensional+construct+of+porcine+adipose+tissue-derived+mesenchymal+stem+cells.">A preliminary study of osteochondral regeneration using a scaffold-free three-dimensional construct of porcine adipose tissue-derived mesenchymal stem cells.</a> J Orthop Surg Res. 10, (2015).</li><li>Mosadegh, B., Xiong, G., Dunham, S., Min, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+progress+in+3D+printing+for+cardiovascular+tissue+engineering.">Current progress in 3D printing for cardiovascular tissue engineering.</a> Biomed Mater. 10, 034002 (2015).</li><li>Chang, C. C., Boland, E. D., Williams, S. K., Hoying, 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=Direct-write+Bioprinting+Three-Dimensional+Biohybrid+Systems+for+Future+Regenerative+Therapies.">Direct-write Bioprinting Three-Dimensional Biohybrid Systems for Future Regenerative Therapies.</a> J Biomed Mater Res. Part B, Appl Biomater. 98, 160-170 (2011).</li><li>Lee, J. M., Sing, S. L., Tan, E. Y. S., Yeong, W. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioprinting+in+cardiovascular+tissue+engineering:+a+review.">Bioprinting in cardiovascular tissue engineering: a review.</a> International J Bioprinting. 2 (2016), (2016).</li></ol>

It is important to use beating, functional spheroids for 3D bioprinting. If spheroids are not beating, continuing to use them will invariably result in a non-functional 3D bioprinted patch.
One benefit of this approach is the ability to manipulate the cell content of the patch by varying the total number of cells and the percentage of cardiomyocytes, endothelial cells, and fibroblasts in the spheroids. This allows for many different types of cardiac patches to be printed, with varying histolog...

Il existe de nombreuses méthodes différentes de bioprinture 3D 1 , 2 , 3 . La bioprinture 3D est fréquemment classée par la technologie d&#39;impression 1 , avec des exemples tels que la bioprin à jet d&#39;encre, la bioprin de microextrusion, la biopramétrie assistée par laser, une combinaison de méthodes ou des approches plus récentes. La bioprinture en 3D peut également être classée dans des méthodes sans échafaudage ou dépendantes de l&#39;échafaudage 4 . La plupart des méthodes de biopramétrie en 3D dépendent de l&#39;échafaudage, où il existe un besoin de biomatériaux, p.ex. bioinks 5 ou échafaudages 6 . Cependant, la bioprin 3D dépendant de l&#39;échafaudage fait face à de nombreux problèmes et limitations 4 , 7 , tels que l&#39;immunogénicité du matériel d&#39;échafaudage, le coût des bioinks exclusifs, la vitesse lente et la toxicité des produits de dégradation. ScafL&#39;ingénierie des tissus cardiaques sans plis utilisant des sphéroïdes a été tentée 8 , avec le potentiel de surmonter ces inconvénients de l&#39;ingénierie tissulaire dépendante des échafaudages. Cependant, comme l&#39;ont reconnu les auteurs dans ce document, il était difficile de manipuler et de positionner de manière robuste les sphéroïdes dans des endroits fixes, dans le cadre de la biofabrication. L&#39;utilisation concomitante de l&#39;ingénierie des tissus à base de biochimie 3D et de sphéroïde permet de surmonter ces difficultés. Dans ce protocole, nous décrivons la bioprinture 3D du tissu cardiaque sans autres biomatériaux, en utilisant uniquement des cellules sous forme de sphéroïdes. Les bioprimes en 3D à base de sphéroïdes sans échafaudage 9 ont la possibilité de ramasser des sphéroïdes individuels à l&#39;aide d&#39;une aspiration sous vide et de les placer sur un réseau d&#39;aiguille. Le concept de positionnement des sphéroïdes sur une trousse à aiguille en 3D bioprinting, s&#39;inspire de l&#39;utilisation de tableaux d&#39;aiguilles (connu sous le nom de &quot; kenzan &quot;) dans l&#39;ancien JapaNese art of flower arrangement, ikebana. Ce système permet aux sphéroïdes d&#39;être positionnés avec précision dans n&#39;importe quelle configuration et entraîne la fusion des sphéroïdes individuels sur une courte période pour créer un tissu 3D bioprinté. Cette méthode permet de manipuler facilement les sphéroïdes avec des implications potentielles pour l&#39;avenir de la biofabrication d&#39;organes sans échafaudages.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="587">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:176px;">Geltrex</td>
			<td style="width:157px;">Invitrogen&#160;</td>
			<td style="width:88px;">A1413202</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:176px;">Trypsin/EDTA 0.05%</td>
			<td style="width:157px;">Thermo Fisher</td>
			<td style="width:88px;">15400054</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:176px;">Defined Trypsin inhibitor 0.0125%</td>
			<td style="width:157px;">Thermo Fisher</td>
			<td style="width:88px;">R007100</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="65">
			<td height="65" style="height:65px;width:176px;">RPMI Cell Media</td>
			<td style="width:157px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:88px;">11875-093</td>
			<td style="width:167px;">RPMI supplemented with B27 constitutes HIPSC-CM culture media</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:176px;">B-27 Supplement</td>
			<td style="width:157px;">Thermo Fisher</td>
			<td style="width:88px;">17504044</td>
			<td style="width:167px;">RPMI supplemented with B27 constitutes HIPSC-CM culture media</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:176px;">Countess Automated Cell Counter</td>
			<td style="width:157px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:88px;">C10227</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:176px;">Human cardiac fibroblasts (adult ventricular type)</td>
			<td style="width:157px;">Sciencell</td>
			<td style="width:88px;">6310</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:176px;">Human umbilical vein endothelial cells</td>
			<td style="width:157px;">Lonza</td>
			<td style="width:88px;">CC-2935</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:176px;">PrimeSurface ultra-low attachment 96-well U-bottom plates&#160;</td>
			<td style="width:157px;">Akita Sumitomo Bakelite Co.</td>
			<td style="width:88px;">MS-9096UZ</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:176px;">Regenova Bio 3D Printer</td>
			<td style="width:157px;">Cyfuse Biomedical K.K.</td>
			<td style="width:88px;">N/A</td>
			<td>www.cyfusebio.com/en/</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Trypan Blue Solution, 0.4%</td>
			<td style="width:157px;">Thermo Fisher</td>
			<td style="width:88px;">15250061</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:176px;">Troponin T Antibody</td>
			<td style="width:157px;">Thermo Fisher</td>
			<td style="width:88px;">701620</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:176px;">Connexin 43 (Cx43) Antibody</td>
			<td style="width:157px;">Chemicon</td>
			<td>MAB3068</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:176px;">ProLong Gold Antifade Mountant with DAPI</td>
			<td style="width:157px;">Thermo Fisher</td>
			<td style="width:88px;">P36935</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

creation of cardiac tissue exhibiting mechanical integration of spheroids using 3d bioprinting

Ce protocole décrit la bioprinture 3D du tissu cardiaque sans l&#39;utilisation de biomatériaux, en utilisant uniquement des cellules. Les cardiomyocytes, les cellules endothéliales et les fibroblastes sont d&#39;abord isolés, comptés et mélangés aux rapports cellulaires désirés. Ils sont co-cultivés dans des puits individuels dans des plaques à 96 puits ultra-bas. Dans les 3 jours, les sphéroïdes battent. Ces sphéroïdes sont ensuite ramassés par une buse à l&#39;aspiration sous vide et assemblés sur une matrice d&#39;aiguille à l&#39;aide d&#39;une bioprintrice en 3D. Les sphéroïdes sont alors autorisés à fusionner sur le réseau d&#39;aiguilles. Trois jours après la bioprammation en 3D, les sphéroïdes sont enlevés comme un patch intact, qui bat déjà spontanément. Les plaques cardiovasculaires bioprinées 3D présentent une intégration mécanique des sphéroïdes constitutifs et sont très prometteuses dans la régénération des tissus cardiaques et comme modèles 3D de maladies cardiaques.

À la fin de l&#39;étape 4.4 (co-culture), les cellules de chaque puits devraient agréger au bas des plaques en U-fond de 96 puits ultra-bas pour former des sphéroïdes par gravité. Ces sphéroïdes contiennent du hiPSC-CM, des HCF et des HUVEC, et peuvent être inspectés visuellement sous microscope optique, où ils devraient apparaître circulaires par projection bidimensionnelle ( figure 1 ). À la fin de l&#39;étape 6.3, le patch cardiaque bioprint...

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Creation of Cardiac Tissue Exhibiting Mechanical Integration of Spheroids Using 3D Bioprinting

Ce protocole décrit la bioprinture 3D du tissu cardiaque sans l&#39;utilisation de biomatériaux. Les plaques cardiovasculaires bioprinées 3D présentent une intégration mécanique des sphéroïdes constitutifs et sont très prometteuses dans la régénération des tissus cardiaques et comme modèles 3D de maladies cardiaques.

Création d&#39;un tissu cardiaque exposant l&#39;intégration mécanique des sphéroïdes à l&#39;aide de la bioprinterie 3D

This protocol describes 3D bioprinting of cardiac tissue without the use of biomaterials, using only cells. Cardiomyocytes, endothelial cells and ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Plasma Lithography Surface Patterning for Creation of Cell Networks

Modélisation Plasma surface de lithographie pour la création des réseaux cellulaires

Systematic manipulation of a cell microenvironment with micro- and nanoscale resolution is often required for deciphering various cellular and molecular ...

Recherche

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