Name: 3d microtissues for injectable regenerative therapy and high-throughput drug screening
Uploaded: 2017-10-04T11:45:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about 3D Microtissues for Injectable Regenerative Therapy and High-throughput Drug Screening at JoVE.com

Detta arbete fick ekonomiskt stöd av den National Natural Science Foundation Kina (bidrag: 81522022, 51461165302). Författarna vill erkänna alla Du lab medlemmar för allmänt bistånd.

djurförsök följde strikta protokoll godkänts av djur etikkommittén på Center för biomedicinsk analys, Tsinghua University. Under godkännande av etisk kommitté, mänsklig fettvävnad erhölls från Institutionen för plastikkirurgi i Peking Union Hospital med informerat samtycke från patienterna.
 1. tillverkning av 3D Microcryogels <ol><li>konstruktion och tillverkning av microstencil array marker <ol><li>använda en kommersiell programvara till design matriser av...

Regenerativ medicin och in vitro- modeller för drogkontroll är två viktiga användningsområden för tissue engineering5,6,7,8,9. Medan dessa två program har väldigt olika behov, ligger ett ostridigt mellan dem i behovet av en mer biomimetiska odlingsskålar villkoret att förbättra cell funktioner19. Endast med förbätt...

Traditionella cellkultur på tillplattad tvådimensionell (2D) ytor, såsom en kultur maträtt eller plattor med flera, kan knappast framkalla cell beteenden nära deras infödda stater. Korrekt rekapitulation av infödda cellulära mikromiljö, som består av olika celltyper, extracellulära matriser och bioaktiva lösliga faktorer i tredimensionella (3D) arkitekturer1,2,3 ,4, är nödvändigt att konstruera biomimicking vävnader i vitro för applikationer inom tissue engineering, regenerativ medicin, grundläggande biologi forskning och drug discovery5,6,7 ,8,9.
I stället för 2D cellkultur, 3D cellkultur används ofta att avancera biomimetiska mikro-arkitektoniska och funktionella egenskaper hos celler odlade i vitro. En populär 3D cell kultur metod är att aggregera celler i spheroids7,8,9,10. Cellulära spheroids kunde injiceras till skadade vävnader med ökad cellulär bevarande och överlevnad jämfört med injektion av spridda celler. Dock leda icke-enhetlig sfäroid storlekar och oundvikliga mekanisk skada ålagts celler av vätska tvärkraften under injektion till dålig cell terapeutiska effekter11,12,13. Likaså, det inneboende icke-enhetlighet under aggregering av spheroids har gjort deras översättning till 3D cellbaserade hög genomströmning drug screening utmanande10.
En annan metod för 3D cellkultur uppnås med hjälp av biomaterial, som vanligtvis sammanfattar celler i vattenlösning hydrogels eller porösa ställningar. Det möjliggör större flexibilitet i att bygga 3D arkitekturer. För terapi levereras vanligtvis celler inkapslade i bulk ställningar till djur förkroppsligar via kirurgisk implantation, som är invasiva och traumatisk, därav begränsa dess brett översättning till säng. Å andra aktivera vattenhaltiga hydrogels minimalinvasiv terapi genom att injicera celler upphängd i hydrogel föregångare lösning i djurens kroppar, så att i situ gelation via thermo-, kemiska eller enzymatisk crosslinking11. Dock som cellerna levereras samtidigt hydrogel prekursorer är fortfarande i en vattenlösning tillstånd, är de också utsatta för mekanisk skjuvning under injektionen. Inte bara det, kemiska eller enzymatisk crosslinking under i situ gelation av hydrogel skulle också innebära skador på celler inom. För drogkontroll möter biomaterial-assisted cellkulturer problem med jämnhet, manöverbarhet och genomströmning. Använda hydrogels, är celler vanligtvis inblandade under gelation, som processen kan påverka cellernas viabilitet och funktion. Gelation under cell sådd hämmar också användning av utrustning för de flesta hög genomströmning, eftersom hydrogel kan behöva hållas på is för att förhindra gelation innan cellen sådd, och hydrogel kan jam tubens tips, som är vanligtvis mycket tunna att säkerställa noggrannheten för High-throughput screening. Förformad ställningar kunde potentiellt separat biomaterial fabrication förfaranden från cellodling, men de flesta byggnadsställning-baserade produkter är tillgängliga som bulkmaterial med relativt lägre genomströmning14.
För att övervinna några av bristerna i nuvarande 3D kultur metoder, har vi utvecklat en mikrofabrikation-cryogelation integrerad teknik för att tillverka en off-the-shelf och användarvänlig microcryogel array chip15. I detta protokoll, är gelatin valt att exemplifiera microcryogel fabrication tekniken eftersom det är biokompatibla, nedbrytbara, kostnadseffektiva, och inga ytterligare ändringar krävs för cell fastsättning. Andra polymerer av naturliga eller syntetiska källor skulle också kunna användas för tillverkning, beroende på applikation. Via denna teknik kan vi tillverka miniatyriserade och mycket elastisk microcryogels med reglerbar storlek, form och layout. När den är lastad med en mängd olika celltyper, kunde 3D microtissues bildas för olika applikationer. Dessa unika funktioner aktivera önskad inmatningskapacitet, cellskydd och webbplats-regisserad lagring efter injektion i vivo för förbättrade terapeutiska effekter. Inte bara det, microcryogels kunde behandlas ytterligare för att bilda 3D microtissue matriser som är kompatibla med vanliga laboratorieutrustning och instrument för att förverkliga hög genomströmning cellodling för mångsidig drogkontroll och andra cellulära analyser. Häri, skall vi detalj tillverkningsprocessen av microcryogels och dess efterbehandling som enskilda 3D microtissues eller 3D microtissue vektorer för två viktiga program, cellterapi och drogkontroll, respektive10,15 .

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="803">
	<tbody>
		<tr height="53">
			<td height="53" style="height:53px;width:199px;">Gelatin</td>
			<td style="width:211px;">sigma</td>
			<td style="width:111px;">G7041</td>
			<td style="width:283px;">All other reagents were purchased from Sigma-Aldrich (St. Louis, MO) unless otherwise indicated.</td>
		</tr>
		<tr height="53">
			<td height="53" style="height:53px;width:199px;">Glutaraldehyde&#160;</td>
			<td style="width:211px;">J&#38;K</td>
			<td style="width:111px;">902042</td>
			<td style="width:283px;">Used as crosslinker in preparation of material.</td>
		</tr>
		<tr height="53">
			<td height="53" style="height:53px;width:199px;">Glass cover slip (24X50mm)</td>
			<td style="width:211px;">CITOGLASS, China</td>
			<td style="width:111px;">10212450C</td>
			<td style="width:283px;">To scrape prcursor solution onto microstencils array chips.</td>
		</tr>
		<tr height="53">
			<td height="53" style="height:53px;width:199px;">Sodium&#160;borohydride, NaBH4</td>
			<td style="width:211px;">Beijing Chemical Works</td>
			<td style="width:111px;">116-8</td>
			<td style="width:283px;">To wash remaining glutaraldehyde away after gelation.</td>
		</tr>
		<tr height="53">
			<td height="53" style="height:53px;width:199px;">Vacuum jar</td>
			<td style="width:211px;">asperts, China</td>
			<td style="width:111px;">VC8130</td>
			<td style="width:283px;">To preserve microgels under vacuum.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:199px;">Polymethylmethacrylate (PMMA) sheets&#160;</td>
			<td style="width:211px;">Sunjin Electronics Co., Ltd, China</td>
			<td style="width:111px;"></td>
			<td style="width:283px;">Ordinary PMMA sheets.</td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:199px;">Rayjet laser system</td>
			<td style="width:211px;">Rayjet, Australia</td>
			<td style="width:111px;">Rayjet 50 C30</td>
			<td style="width:283px;">To engrave PMMA sheets to form wells.</td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:199px;">Plasma Cleaner</td>
			<td style="width:211px;">Mycro Technologies, USA</td>
			<td style="width:111px;">PDC-32G</td>
			<td style="width:283px;">To make PMMA hyphophilic.</td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:199px;">Lyophilizer</td>
			<td style="width:211px;">Boyikang, China</td>
			<td style="width:111px;">SC21CL</td>
			<td style="width:283px;">To lyophilize materials.</td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:199px;">Trypan Blue solution (0.4%)</td>
			<td style="width:211px;">Zhongkekeao, China</td>
			<td style="width:111px;">DA0065</td>
			<td style="width:283px;">To dye microgels.</td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:199px;">Doxorubicin hydrochloride</td>
			<td style="width:211px;">ENERGY CHEMICAL, China</td>
			<td style="width:111px;">A01E0801360010</td>
			<td style="width:283px;">To test drug resistance of cells in 2D or 3D microgel.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:199px;">Live/dead assay</td>
			<td style="width:211px;">Dojindo Molecular Technologies (Kumamoto, Japan)</td>
			<td style="width:111px;">CS01-10</td>
			<td style="width:283px;">To distinguish alive and dead cells.</td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:199px;">Cell Titer-Blue</td>
			<td style="width:211px;">Promega (Wisconsin, USA).</td>
			<td style="width:111px;">G8080</td>
			<td style="width:283px;">To test cell viability.</td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:199px;">Cell strainer</td>
			<td style="width:211px;">BD Biosciences, USA</td>
			<td style="width:111px;">352360</td>
			<td style="width:283px;">To collect microgels.</td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:199px;">D-Luciferin</td>
			<td style="width:211px;">SYNCHEM (Germany)</td>
			<td style="width:111px;">s039</td>
			<td style="width:283px;">To tack cells.</td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:199px;">Scanning electron microscope</td>
			<td style="width:211px;">FEI, USA</td>
			<td style="width:111px;">Quanta 200</td>
			<td style="width:283px;">To characterize microgel morphology.</td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:199px;">&#160;Mechanical testing machine</td>
			<td style="width:211px;">Bose, USA</td>
			<td style="width:111px;">3230</td>
			<td style="width:283px;">To measure mechanical features.</td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:199px;">Programmable syringe pump&#160;</td>
			<td style="width:211px;">World Precision Instruments, USA</td>
			<td style="width:111px;">ALADINI 1000</td>
			<td style="width:283px;">To test injactabiliy.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:199px;">Digital force gauge</td>
			<td style="width:211px;">HBO, Yueqing Haibao Instrument Co., Ltd., China</td>
			<td style="width:111px;">H-50&#160;</td>
			<td style="width:283px;">To test injactabiliy.</td>
		</tr>
		<tr height="48">
			<td height="48" style="height:48px;width:199px;">Ethylene oxide sterilization system</td>
			<td style="width:211px;">Anprolene, Anderson Sterilization, Inc., Haw River, NC</td>
			<td style="width:111px;">AN74i</td>
			<td style="width:283px;">To sterilize microgels with ethylene oxide gas.</td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:199px;">Microplate reader</td>
			<td style="width:211px;">Molecular Devices,USA</td>
			<td style="width:111px;">M5</td>
			<td style="width:283px;">To measure fluorescence intensity in micro-array.</td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:199px;">Confocal microscope</td>
			<td style="width:211px;">Nikon, Japan</td>
			<td style="width:111px;">A1Rsi</td>
			<td style="width:283px;">To observe cell distribution in 3D.</td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:199px;">Xenogen&#160; Lumina II imaging system</td>
			<td style="width:211px;">Caliper Life Sciences, USA</td>
			<td style="width:111px;">IVIS</td>
			<td style="width:283px;">To track cell in animals.</td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:199px;">Liquid work stataion</td>
			<td style="width:211px;">Apricot design,USA</td>
			<td style="width:111px;">S-pipette</td>
			<td style="width:283px;">To load medium or cell suspension high-throuputly.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

3d microtissues for injectable regenerative therapy and high-throughput drug screening

För att uppgradera traditionella 2D cellkultur till 3D cellkultur, har vi integrerat mikrofabrikation med cryogelation teknik för att producera avdunsta hur provtagningsutrustningen skall cryogels (microcryogels), som kan laddas med en mängd celltyper att bilda 3D microtissues. Häri, presenterar vi protokollet för att fabricera mångsidig 3D microtissues och deras tillämpningar i regenerativ terapi- och drogkontroll. Storlek och form-kontrollerbara microcryogels kan fabriceras på en array-krets, som kan skördas off-chip som enskilda cell-loaded bärare för injicerbara regenerativ behandling eller ytterligare vara monterade på chip till 3D microtissue arrayer för hög genomströmning drogkontroll. På grund av hög elastisk hur dessa hur provtagningsutrustningen skall cryogels uppvisar de 3D microtissues stor inmatningskapacitet för minimalinvasiv cellterapi genom att skydda celler från mekaniska tvärkraften under injektionen. Detta säkerställer förbättrad cellöverlevnad och terapeutisk effekt i musmodell lem ischemi. Samtidigt underlättar montering av 3D microtissue matriser i ett standardformat för 384-multi-bra användning av gemensamma laboratorier och utrustning, möjliggör hög genomströmning drug screening på denna mångsidiga 3D cell kultur plattform.

Tillverkning och karakterisering av microcryogels för 3D microtissue bildas.
Enligt detta protokoll, microcryogels var fabricerade form 3D microtissues och enskilda microcryogels eller microcryogel matriser och tillämpades på regenerativ behandling och drug screening, respektive (figur 1). Microstencil array chips tillverkade av PMMA tillämpades som micromolds för microcryogel ...

Watch this Scientific Journal Video about 3D Microtissues for Injectable Regenerative Therapy and High-throughput Drug Screening at JoVE.com

3D Microtissues for Injectable Regenerative Therapy and High-throughput Drug Screening

Det här protokollet beskriver tillverkning av elastisk 3D får microcryogels genom att integrera mikrofabrikation med cryogelation teknik. Vid lastning med celler, genereras 3D microtissues, som kan vara lätt injiceras i vivo att underlätta regenerativ behandling eller sammansatt till matriser för in vitro- hög genomströmning drogkontroll.

3D Microtissues för injicerbara regenerativ terapi och hög genomströmning drogkontroll

To upgrade traditional 2D cell culture to 3D cell culture, we have integrated microfabrication with cryogelation technology to produce macroporous ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Cell-based Calcium Assay for Medium to High Throughput Screening of TRP Channel Functions using FlexStation 3

Cell-baserad Kalcium-analys för medelstora till stora throughput screening av TRP-kanaler funktioner med FlexStation 3

The Molecular Devices' FlexStation 3 is a benchtop multi-mode microplate reader capable of automated fluorescence measurement in multi-well plates.  It is ...

Polymer Microarrays for High Throughput Discovery of Biomaterials

Polymer Microarrays för hög genomströmning Upptäckt av Biomaterial

The discovery of novel biomaterials that are optimized for a specific biological application is readily achieved using polymer microarrays, which allows a ...

Candida albicans Biofilm Chip (CaBChip) for High-throughput Antifungal Drug Screening

Candida albicans Biofilm Chip CaBChip for High-throughput Antifungal Drug Screening

Candida albicans Biofilm Chip (Ca BChip) för hög genomströmning antimykotikum Screening

Candida  albicans remains the main etiological agent of candidiasis, which  currently represents the fourth most common nosocomial bloodstream infection ...

An Injectable and Drug-loaded Supramolecular Hydrogel for Local Catheter Injection into the Pig Heart

En injicerbar and Drug belastad Supra Hydrogel för lokal kateter Injektion i Pig Heart

Regeneration of lost myocardium is an important goal for future therapies because of the increasing occurrence of chronic ischemic heart failure and the ...

A Combined 3D Tissue Engineered In Vitro/In Silico Lung Tumor Model for Predicting Drug Effectiveness in Specific Mutational Backgrounds

A Combined 3D Tissue Engineered In Vitro/In Silico Lung Tumor Model for Predicting Drug Effectiveness in Specific Mutational Backgrounds

En kombinerad 3D vävnadstekniska<em&gt; In Vitro</em&gt; /<em&gt; In silico</em&gt; Lungtumör modell för att förutsäga läkemedelseffektivitet i specifika Mutations bakgrunder

In the present study, we combined an in vitro 3D lung tumor model with an in silico model to optimize predictions of drug response based on a specific ...

A Microfluidic Platform for High-throughput Single-cell Isolation and Culture

En mikroflödessystem plattform för hög genomströmning Single-cell isolering och kultur

Studying the heterogeneity of single cells is crucial for many biological questions, but is technically difficult. Thus, there is a need for a simple, yet ...

Micropatterning and Assembly of 3D Microvessels

Micropatterning och montering av 3D mikrokärl

In vitro platforms to study endothelial cells and vascular biology are largely limited to 2D endothelial cell culture, flow chambers with polymer or glass ...

Use of High-Throughput Automated Microbioreactor System for Production of Model IgG1 in CHO Cells

Användning av High-Throughput automatiserat Microbioreactor System för produktion av modell IgG1 i CHO-celler

Automated microscale bioreactors (15 mL) can be a useful tool for cell culture engineers. They facilitate the simultaneous execution of a wide variety of ...

Biosensor-based High Throughput Biopanning and Bioinformatics Analysis Strategy for the Global Validation of Drug-protein Interactions

Biosensorbaserad biopanning med hög genomströmning och bioinformatikanalysstrategi för global validering av läkemedelsproteininteraktioner

Receptors and enzyme proteins are important biomolecules that act as binding targets for bioactive small molecules. Thus, the rapid and global validation ...

Injectable Supramolecular Polymer-Nanoparticle Hydrogels for Cell and Drug Delivery Applications

Injicerbara supramolecular Polymer-Nanopartikelhydrogeler för cell- och läkemedelsleveransapplikationer

These methods describe how to formulate injectable, supramolecular polymer-nanoparticle (PNP) hydrogels for&#160;use as biomaterials. PNP hydrogels are ...