Name: 3d cell-printed hypoxic cancer-on-a-chip for recapitulating pathologic progression of solid cancer
Uploaded: 2021-01-05T14:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about 3D Cell-Printed Hypoxic Cancer-on-a-Chip for Recapitulating Pathologic Progression of Solid Cancer at JoVE.com

تم دعم هذا البحث من قبل المؤسسة الوطنية للبحوث في كوريا (NRF) بتمويل من وزارة التعليم (رقم 2020R1A6A1A03047902 و NRF-2018H1A2A1062091) والحكومة الكورية (رقم. NRF-2019R1C1C1009606 و NRF-2019R1A3A3005437).

1. محاكاة الكمبيوتر لتشكيل التدرج الأكسجين
<ol><li>
جيل من نموذج الهندسة ثلاثية الأبعاد للطباعة تحت الأكز السرطان على رقاقة
	<ol>
<li>تشغيل برنامج CAD ثلاثي الأبعاد.</li>
		<li>رسم نموذج الهندسة من سرطان نقص الأكز على رقاقة. انقر على رسم وحدد المستوى المطلوب لرسم الهندسة. راجع الرسم<st...

<ol>
	<li>Jing, X., 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=Role+of+hypoxia+in+cancer+therapy+by+regulating+the+tumor+microenvironment.">Role of hypoxia in cancer therapy by regulating the tumor microenvironment.</a> Molecular Cancer. 18 (1), 157 (2019).</li><li>Al Tameemi, W., Dale, T. P., Al-Jumaily, R. M. K., Forsyth, N. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hypoxia-modified+cancer+cell+metabolism.">Hypoxia-modified cancer cell metabolism.</a> Frontiers in Cell and Developmental Biology. 7, 4 (2019).</li><li>Petrova, V., Annicchiarico-Petruzzelli, M., Melino, G., Amelio, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+hypoxic+tumour+microenvironment.">The hypoxic tumour microenvironment.</a> Oncogenesis. 7 (1), 1-13 (2018).</li><li>Hockel, M., Vaupel, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tumor+hypoxia:+definitions+and+current+clinical,+biologic,+and+molecular+aspects.">Tumor hypoxia: definitions and current clinical, biologic, and molecular aspects.</a> Journal of the National Cancer Institute. 93 (4), 266-276 (2001).</li><li>Kim, H., Lin, Q., Glazer, P. M., Yun, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+hypoxic+tumor+microenvironment+in+vivo+selects+the+cancer+stem+cell+fate+of+breast+cancer+cells.">The hypoxic tumor microenvironment in vivo selects the cancer stem cell fate of breast cancer cells.</a> Breast Cancer Research. 20 (1), 16 (2018).</li><li>Jeong, G. S., Lee, J., Yoon, J., Chung, S., Lee, S. -. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Viscoelastic+lithography+for+fabricating+self-organizing+soft+micro-honeycomb+structures+with+ultra-high+aspect+ratios.">Viscoelastic lithography for fabricating self-organizing soft micro-honeycomb structures with ultra-high aspect ratios.</a> Nature Communications. 7 (1), 1-9 (2016).</li><li>Razian, G., Yu, Y., Ungrin, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Production+of+large+numbers+of+size-controlled+tumor+spheroids+using+microwell+plates.">Production of large numbers of size-controlled tumor spheroids using microwell plates.</a> Journal of Visualized Experiments:JoVE. (81), e50665 (2013).</li><li>Nunes, A. S., Barros, A. S., Costa, E. C., Moreira, A. F., Correia, I. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+tumor+spheroids+as+in+vitro+models+to+mimic+in+vivo+human+solid+tumors+resistance+to+therapeutic+drugs.">3D tumor spheroids as in vitro models to mimic in vivo human solid tumors resistance to therapeutic drugs.</a> Biotechnology and Bioengineering. 116 (1), 206-226 (2019).</li><li>Wan, L., Neumann, C., LeDuc, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tumor-on-a-chip+for+integrating+a+3D+tumor+microenvironment:+chemical+and+mechanical+factors.">Tumor-on-a-chip for integrating a 3D tumor microenvironment: chemical and mechanical factors.</a> Lab on a Chip. 20 (5), 873-888 (2020).</li><li>Nam, H., Funamoto, K., Jeon, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cancer+cell+migration+and+cancer+drug+screening+in+oxygen+tension+gradient+chip.">Cancer cell migration and cancer drug screening in oxygen tension gradient chip.</a> Biomicrofluidics. 14 (4), 044107 (2020).</li><li>Palacio-Casta&#241;eda, V., Kooijman, L., Venzac, B., Verdurmen, W. P., Le Gac, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metabolic+switching+of+tumor+cells+under+hypoxic+conditions+in+a+tumor-on-a-chip+model.">Metabolic switching of tumor cells under hypoxic conditions in a tumor-on-a-chip model.</a> Micromachines. 11 (4), 382 (2020).</li><li>Ronaldson-Bouchard, K., Vunjak-Novakovic, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organs-on-a-chip:+a+fast+track+for+engineered+human+tissues+in+drug+development.">Organs-on-a-chip: a fast track for engineered human tissues in drug development.</a> Cell Stem Cell. 22 (3), 310-324 (2018).</li><li>Mi, S., Du, Z., Xu, Y., Sun, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+crossing+and+integration+between+microfluidic+technology+and+3D+printing+for+organ-on-chips.">The crossing and integration between microfluidic technology and 3D printing for organ-on-chips.</a> Journal of Materials Chemistry B. 6 (39), 6191-6206 (2018).</li><li>Yi, H. -. G., Lee, H., Cho, D. -. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+printing+of+organs-on-chips.">3D printing of organs-on-chips.</a> Bioengineering. 4 (1), 10 (2017).</li><li>Yi, H. -. G., 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+bioprinted+human-glioblastoma-on-a-chip+for+the+identification+of+patient-specific+responses+to+chemoradiotherapy.">A bioprinted human-glioblastoma-on-a-chip for the identification of patient-specific responses to chemoradiotherapy.</a> Nature Biomedical Engineering. 3 (7), 509-519 (2019).</li><li>Kang, T. -. Y., Hong, J. M., Jung, J. W., Yoo, J. J., Cho, D. -. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+assessment+of+a+microfluidic+network+system+for+oxygen+transport+in+engineered+tissue.">Design and assessment of a microfluidic network system for oxygen transport in engineered tissue.</a> Langmuir. 29 (2), 701-709 (2013).</li><li>Woo Jung, 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=Evaluation+of+the+effective+diffusivity+of+a+freeform+fabricated+scaffold+using+computational+simulation.">Evaluation of the effective diffusivity of a freeform fabricated scaffold using computational simulation.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 135 (8), (2013).</li><li>Brown, A. C., De Beer, D. <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+stereolithography+(STL)+slicing+and+G-code+generation+algorithm+for+an+entry+level+3-D+printer.">Development of a stereolithography (STL) slicing and G-code generation algorithm for an entry level 3-D printer.</a> 2013 Africon (IEEE). , 1-5 (2013).</li><li>Shim, J. -. H., Lee, J. -. S., Kim, J. Y., Cho, D. -. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioprinting+of+a+mechanically+enhanced+three-dimensional+dual+cell-laden+construct+for+osteochondral+tissue+engineering+using+a+multi-head+tissue/organ+building+system.">Bioprinting of a mechanically enhanced three-dimensional dual cell-laden construct for osteochondral tissue engineering using a multi-head tissue/organ building system.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 22 (8), 085014 (2012).</li><li>Gillispie, G., 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=Assessment+methodologies+for+extrusion-based+bioink+printability.">Assessment methodologies for extrusion-based bioink printability.</a> Biofabrication. 12 (2), 022003 (2020).</li><li>Kim, B. S., Das, S., Jang, J., Cho, D. -. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Decellularized+extracellular+matrix-based+bioinks+for+engineering+tissue-and+organ-specific+microenvironments.">Decellularized extracellular matrix-based bioinks for engineering tissue-and organ-specific microenvironments.</a> Chemical Reviews. 120 (19), 10608-10661 (2020).</li></ol>

في هذه الدراسة، ونحن نصف عملية تصنيع سرطان نقص الأكز على رقاقة على أساس تكنولوجيا الطباعة الخلوية 3D. تم التنبؤ بتكوين التدرج نقص الأكز في الشريحة المصممة من خلال المحاكاة الحاسوبية. واستنسخت البيئة التي يمكن أن تحفز تدرجا غير متجانس لنقص الأوكسي عن طريق استراتيجية بسيطة تجمع بين الحاجز ن?...

البيئة الدقيقة للسرطان هو عامل حاسم يقود تطور السرطان. تحدد المكونات المتعددة، بما في ذلك الإشارات الكيميائية الحيوية والفيزيائية الحيوية والخلوية، السمات المرضية للسرطان. من بين هذه, نقص الأكسيا يرتبط ارتباطا قويا مع البقاء على قيد الحياة السرطان, انتشار, والغزو1. بسبب النمو غير المحدود وتقسيم الخلايا السرطانية ، يتم استنفاد المواد الغذائية والأوكسجين باستمرار ، ويتم توليد تدرج نقص الأوكسي. في ظل ظروف منخفضة الأكسجين، تقوم الخلايا بتنشيط عامل النسخ غير القابل للاختزال (HIF) المرتبط بالسلسلة الجزيئية. هذه العملية تحفز نواة نخرية ، وتتسبب في تغييرات التمثيل الغذائي ، وتبدأ تضخم الأوعية الدموية والانبثاث2،3. في وقت لاحق، نقص الأكسيا في الخلايا السرطانية يسبب تدمير الأنسجة الطبيعية المجاورة. وعلاوة على ذلك، يرتبط نقص الأكxia بقوة مع المقاومة العلاجية للأورام الصلبة في آداب متعددة العوامل. نقص الأكسيا قد يعوق بشدة العلاج الإشعاعي، كما الحساسية الإشعاعية محدودة بسبب أنواع الأكسجينالتفاعلية 1،4. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يقلل من مستويات الحموضة في البيئات الدقيقة للسرطان ، مما يقلل من تراكم الأدوية1. لذلك ، فإن إعادة إنتاج الميزات المرضية المتعلقة بنقص الأكxia في المختبر هي استراتيجية واعدة للنتائج العلمية وما قبل السريرية.
يعد وضع نماذج لبيئة دقيقة محددة للسرطان أمرا ضروريا لفهم تطور السرطان واستكشاف العلاجات المناسبة. على الرغم من أن النماذج الحيوانية قد استخدمت على نطاق واسع بسبب أهميتها الفسيولوجية القوية ، إلا أن القضايا المتعلقة باختلافات الأنواع والمشاكل الأخلاقية موجودة5. وعلاوة على ذلك، على الرغم من أن النماذج التقليدية 2D و 3D تسمح للتلاعب والتصوير في الوقت الحقيقي من الخلايا السرطانية لتحليل متعمق، لا يمكن إعادة رسملة تعقيدها المعماري والخلوي بالكامل. على سبيل المثال، تم استخدام نماذج كروية السرطان على نطاق واسع، حيث يمكن أن يولد تجميع الخلايا السرطانية في كروية نقص الأكباس بشكل طبيعي في القلب. وعلاوة على ذلك، تم إنتاج أعداد كبيرة من كرويدات الخلوية من حجم موحد باستخدام البلاستيك أو السيليكون القائم على أنظمة متعددةالآبار 6،7. ومع ذلك ، فإن انخفاض المرونة فيما يتعلق بالتقاط الهيكل الدقيق غير المتجانس للأنسجة السرطانية مع المنصات التقليدية يتطلب إنشاء تقنية تصنيع بيولوجي متقدمة لبناء منصة محاكاة حيوية عالية لتحسين أبحاث السرطان8.
أنظمة الفيزيولوجيا الدقيقة ثلاثية الأبعاد (MPSs) هي أدوات مفيدة لتلخيص الهندسة المعقدة والتقدم المرضي للخلايا السرطانية9. كما الخلايا السرطانية الشعور التدرج الكيميائي الحيوي لعوامل النمو وchemkines والتجانس الميكانيكية المستنسخة على النظام، يمكن التحقيق في السمات الهامة لتطوير السرطان في المختبر. على سبيل المثال، تمت دراسة قابلية البقاء للسرطان، الخبيث النقيلي، ومقاومة الأدوية اعتمادا على تركيزات الأكسجين متفاوتة باستخدام MPSs10،11. على الرغم من التطورات الأخيرة ، فإن توليد ظروف نقص الأكسيد في النماذج المختبرية يعتمد على إجراءات التصنيع المعقدة ، بما في ذلك الاتصال بمضخات الغاز المادية. لذلك، هناك حاجة إلى طرق بسيطة ومرنة لبناء بيئة دقيقة خاصة بالسرطان.
اكتسبت تكنولوجيا الطباعة الخلوية ثلاثية الأبعاد اهتماما كبيرا بسبب سيطرتها الدقيقة على الترتيب المكاني للمواد الحيوية لتلخيص العمارات البيولوجية الأصلية12. وعلى وجه الخصوص، تتغلب هذه التكنولوجيا على القيود القائمة لنماذج نقص الأكxia ثلاثية الأبعاد بسبب قدرتها العالية على التحكم وجدوى بناء السمات المكانية للبيئة الدقيقة للسرطان. كما تسهل الطباعة ثلاثية الأبعاد التصنيع بمساعدة الكمبيوتر من خلال عملية طبقة تلو الأخرى، وبالتالي توفير بناء سريع ودقيق وقابل للاستنساخ للهندسة المعقدة لمحاكاة معماريات الأنسجة الفعلية. بالإضافة إلى مزايا استراتيجيات التصنيع القائمة ل MPSs ثلاثية الأبعاد ، يمكن إعادة إنتاج السمات المرضية الفسيولوجية لتطور السرطان عن طريق نقش المكونات الكيميائية الحيوية والخلوية والفيزيائية الحيوية13،14.
هنا، نقدم استراتيجية طباعة الخلايا ثلاثية الأبعاد لسرطان نقص الأكز على رقاقة لتلخيص عدم التجانس لسرطان صلب (الشكل 1)15. تم تحديد معلمات التصنيع من خلال محاكاة حسابية لتشكيل نقص الأكxia المركزي في النظام. تمت طباعة حلقات متحدة المركز للسرطان ستروما باستخدام نباتات الكولاجين التي تحتوي على خلايا الورم الأرومي الدبقي والخلايا البطانية لمحاكاة الفيزيولوجيا المرضية للورم الأرومي الدبقي، وهو نوع من السرطان الصلب. تشكيل تدرج الأكسجين الشعاعي تفاقم خبيثة السرطان، مما يدل على العدوانية المعززة. وعلاوة على ذلك، فإننا تشير إلى وجهات النظر المستقبلية لتطبيقات رقاقة لنماذج ما قبل السريرية المريض محددة. ومن المتوقع أن يؤدي النهج المقترح لإنشاء نظام فيزيائي دقيق صلب الميكروبيولوجية السرطانية إلى سد الفجوة بين نماذج السرطان الحية والمضموية.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td colspan="4">Cells</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Human umbilical vein endothelial cells</td>
			<td>Promocell</td>
			<td>C-12200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>U-87 MG cells</td>
			<td>ATCC</td>
			<td>ATCC HTB-14</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td colspan="4">Disposable</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.2 &#956;m syringe filter</td>
			<td>Sartorius</td>
			<td>16534-K</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10 mL disposable syringe</td>
			<td>Jung Rim</td>
			<td>10ml 21G32</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10 mL glass vial</td>
			<td>Hubena</td>
			<td>A0039</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10 mL Serological pipette tip</td>
			<td>SPL lifescience</td>
			<td>91010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>15 mL conical tube</td>
			<td>SPL lifescience</td>
			<td>50015</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>18G plastic needle</td>
			<td>Musashi engineering</td>
			<td>PN-18G-B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>20G plastic tapered dispense tip</td>
			<td>Musashi engineering</td>
			<td>TPND-20G-U</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>22x50 glass cover</td>
			<td>MARIENFIELD</td>
			<td>0101142</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>25 mL Serological pipette tip</td>
			<td>SPL lifescience</td>
			<td>90125</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3 mL disposable syringes</td>
			<td>HENKE-JET</td>
			<td>4020-X00V0</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>40 &#181;m cell strainer</td>
			<td>Falcon</td>
			<td>352360</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5 mL Serological pipette tip</td>
			<td>SPL lifescience</td>
			<td>91005</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50 mL conical tube</td>
			<td>SPL lifescience</td>
			<td>50050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50 mL Serological pipette tip</td>
			<td>SPL lifescience</td>
			<td>90150</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50N precision nozzle</td>
			<td>Musashi engineering</td>
			<td>HN-0.5ND</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aluminum foil</td>
			<td>SINKWANG</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Capillary tips</td>
			<td>Gilson</td>
			<td>CP1000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell-scrapper</td>
			<td>SPL lifescience</td>
			<td>90030</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Confocal dish</td>
			<td>SPL lifescience</td>
			<td>200350</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Parafilm</td>
			<td>Bemis</td>
			<td>PM996</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pre-coated histology slide</td>
			<td>MATSUNAMI</td>
			<td>MAS-11</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reservoir</td>
			<td>SPL lifescience</td>
			<td>23050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T-75 cell culture flask</td>
			<td>SPL lifescience</td>
			<td>70075</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td colspan="4">Equipment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3DX printer</td>
			<td>T&#38;R Biofab</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Autoclave</td>
			<td>JEIOTECH</td>
			<td>AC-12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuger</td>
			<td>Cyrozen</td>
			<td>1580MGR</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Confocal laser microscopy</td>
			<td>Olympus Life Science</td>
			<td>FV 1000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluorescence microscope</td>
			<td>FISHER SCEINTIFIC</td>
			<td>O221S366</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Forcep</td>
			<td>Korea Ace Scientific</td>
			<td>HC.203-30</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hand tally counter</td>
			<td>KTRIO</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hemocytometer</td>
			<td>MARIENFIELD</td>
			<td>0650030</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Incubator</td>
			<td>Panasonic</td>
			<td>MCO-170AIC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laminar flow cabinet</td>
			<td>DAECHUNG SCIENCE</td>
			<td>CB-BMMS C-001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Metal syringe</td>
			<td>IWASHITA engineering</td>
			<td>SUS BARREL 10CC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Operating Scissors</td>
			<td>Hirose</td>
			<td>HC.13-122</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oven</td>
			<td>JEIOTECH</td>
			<td>OF-12, H070023</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Positive displacement pipette</td>
			<td>GILSON</td>
			<td>NJ05652</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Refrigerator</td>
			<td>SAMSUNG</td>
			<td>CRFD-1141</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Voltex Mixer</td>
			<td>DAIHAN scientific</td>
			<td>VM-10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Water bath</td>
			<td>DAIHAN SCIENTIFIC</td>
			<td>WB-11</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Water purifier</td>
			<td>WASSER LAB</td>
			<td>DI-GR</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td colspan="4">Materials</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.25 % Trypsin-EDTA</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>25200-072</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10x PBS</td>
			<td>Intron</td>
			<td>IBS-BP007a</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4% Paraformaldehyde</td>
			<td>Biosesang</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>70% Ethanol</td>
			<td>Daejung</td>
			<td>4018-4410</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-CD31 antibody</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab28364</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-HIF-1 alpha antibody</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab16066</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-SHMT2/SHMT antibody</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab88664</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-SOX2 antibody</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab75485</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine Serum Albumin</td>
			<td>Thermo scientific</td>
			<td>J10857-22</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Collagen from porcine skin</td>
			<td>Dalim tissen</td>
			<td>PC-001-1g</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DAPI (4&#39;,6-Diamidino-2-Phenylindole, Dihydrochloride)</td>
			<td>Thermofisher</td>
			<td>D1306</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Endothelial Cell Growth Medium-2</td>
			<td>Promocell</td>
			<td>C22011</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal bovine serum</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>12483-020</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-Mouse IgG (H+L) Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 488</td>
			<td>Theromofisher</td>
			<td>A-11001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-Rabbit IgG (H+L) Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 594</td>
			<td>Theromofisher</td>
			<td>A-11012</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High-glucose Dulbecco&#8217;s Modified Eagle Medium(DMEM)</td>
			<td>Hyclone</td>
			<td>SH30243-0</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrochloric acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>311413-100ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Live/dead assay kit</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>L3224</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse IgG1, kappa monoclonal [15-6E10A7] - Isotype Control</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab170190</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin/streptomycin</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>15140-122</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phenol red solution</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P0290-100ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly(ethylene-vinyl acetate)&#160;</td>
			<td>Poly science</td>
			<td>06108-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polydimethylsiloxane</td>
			<td>Dowhitech</td>
			<td>sylgard 184</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rabbit IgG, polyclonal - Isotype Control</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab37415</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium hydroxide solution</td>
			<td>Samchun</td>
			<td>S0610</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triton X-100</td>
			<td>Biosesang</td>
			<td>TRI020-500-50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypan Blue</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>T8154</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td colspan="4">Software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>COMSOL Multiphysics 3.5a</td>
			<td>COMSOL AB</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IMS beamer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>in-house software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SolidWorks Package</td>
			<td colspan="2">Dassault Systems SolidWorks Corporation</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

3d cell-printed hypoxic cancer-on-a-chip for recapitulating pathologic progression of solid cancer

إن البيئة الدقيقة للسرطان لها تأثير كبير على تطور المرض. على وجه الخصوص، نقص الأكxia هو المحرك الرئيسي للبقاء على قيد الحياة السرطان، والغزو، وschemresistance. على الرغم من أنه تم تطوير العديد من النماذج في المختبر لدراسة أمراض السرطان المرتبطة بنقص الأكسيا ، إلا أن التفاعل المعقد للبيئة الدقيقة للسرطان التي لوحظت في الجسم الحي لم يتم استنساخه بعد بسبب عدم وجود رقابة مكانية دقيقة. وبدلا من ذلك، اقترحت نهج تصنيع بيولوجي ثلاثي الأبعاد لإنشاء نظم فيزيائية دقيقة من أجل محاكاة أفضل لإيكولوجيا السرطان وتقييم دقيق لعلاج السرطان المضاد للسرطان. هنا، نقترح نهج الطباعة الخلوية ثلاثية الأبعاد لتصنيع سرطان نقص الأكز على رقاقة. تم تحديد المكونات المحفزة لنقص الأكسيجة في الشريحة على أساس محاكاة حاسوبية لتوزيع الأكسجين. طبعت حلقات متحدة المركز للسرطان ستروما باستخدام البيوينكات التي تحتوي على خلايا الورم الأرومي الدبقي والخلايا البطانية لتلخيص نوع من السرطان الصلب. أدركت الشريحة الناتجة نقص الأكسوجة المركزية والخبيثة المشددة في السرطان مع تشكيل علامات الفيزيولوجيا المرضية التمثيلية. وبشكل عام، من المتوقع أن يؤدي النهج المقترح لإنشاء نظام فيزيائي دقيق صلب الميكروبيولوجية المضاد للسرطان إلى سد الفجوة بين النماذج الحية وفي المختبر لأبحاث السرطان.

تم تطوير سرطان نقص الأكز على رقاقة باستخدام تكنولوجيا الطباعة الخلوية ثلاثية الأبعاد بمساعدة الكمبيوتر لتلخيص نقص الأكxia والأمراض المرتبطة بالسرطان (الشكل 1). تم محاكاة نقل الأكسجين واستهلاكه باستخدام نموذج الهندسة ثلاثية الأبعاد. تم تصميم الرقاقة في شك...

Watch this Scientific Journal Video about 3D Cell-Printed Hypoxic Cancer-on-a-Chip for Recapitulating Pathologic Progression of Solid Cancer at JoVE.com

3D Cell-Printed Hypoxic Cancer-on-a-Chip for Recapitulating Pathologic Progression of Solid Cancer

نقص الأكسيجة هو السمة المميزة للبيئة الدقيقة الورم ويلعب دورا حاسما في تطور السرطان. تصف هذه المقالة عملية تصنيع سرطان نقص الأكاكس على رقاقة استنادا إلى تقنية طباعة الخلايا ثلاثية الأبعاد لتلخيص أمراض السرطان المرتبطة بنقص الأكسيا.

3D الخلية المطبوعة سرطان نقص الأكز على رقاقة لتلخيص التقدم المرضي للسرطان الصلب

Cancer microenvironment has a significant impact on the progression of the disease. In particular, hypoxia is the key driver of cancer survival, invasion, ...

نقص الأكسيجة هو المحرك الرئيسي لتطوير السرطان الذي يحفز عدم الاستقرار الجينومي وتولد الورم. نحن نثبت طريقة لتوليد نقص الأكسيد المركزي في سرطان صلب في المختبر استنادا إلى تقنية الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد. وباستخدام هذه الطريقة، يمكن استنساخ تدرج نقص الأكبس الراديوي باستخدام استراتيجية بسيطة تجمع بين حاجز نفاذي للغاز المطبوع ثلاثي الأبعاد وغطاء زجاجي.يمكن استخدام هذه التكنولوجيا السرطانية نقص الأكسير على رقاقة للتنبؤ فعالية الدواء لتسهيل المريض وصفة طبية محددة مضادة للسرطان المخدرات. ومن المتوقع أيضا أن تمكن من التشخيص السريع للسرطانات العدوانية. للمساعدة في إعداد محلول الكولاجين قبل الجل المحايد بثلاثة ملليلتر، اقطع إسفنج الكولاجين 30 ملليغرام إلى خمسة في خمسة ملليمترات مربعة.ضع القطع في قارورة زجاجية معقمة سعة 10 ملليلتر وأضف 2.4 ملليلتر من 0.2 ميكرون من مرشح حقنة 0.1 حمض الهيدروكلوريك العادي إلى القارورة لاحتضانها لمدة ثلاثة أيام عند أربع درجات مئوية و 15 ثورة في الدقيقة. بعد الهضم، قم بسلالة أي جزيئات الكولاجين غير المهضومة من خلال مصفاة خلايا 40 ميكرون وتخزين محلول الكولاجين الحمضي في أربع درجات مئوية لمدة تصل إلى سبعة أيام. لضبط درجة الحموضة من محلول الكولاجين قبل الجل المحايد بنسبة 1٪، أضف 30 ميكرولتر من محلول الفينول الأحمر إلى تركيز نهائي قدره 1٪ و 300 ميكرولتر من 10X PBS إلى تركيز نهائي بنسبة 10٪ بعد الخلط والطرد المركزي، استخدم هيدروكسيد الصوديوم العادي لتحييد درجة الحموضة إلى سبعة، والتحقق من تغير اللون وإضافة الماء المقطر للحصول على حجم إجمالي قدره ثلاثة ملليلترات.ثم تخزين درجة الحموضة المعدلة 1٪ تحييد الكولاجين قبل هلام الحل في أربع درجات مئوية للاستخدام في غضون ثلاثة أيام. للتحقق مسبقا من هلام محلول الكولاجين قبل الجل المحايد ، استخدم ماصة إزاحة إيجابية لإضافة 50 ميكرولتر من قطرات الكولاجين إلى طبق صغير واحتضان القطرات في حاضنة 37 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة. في نهاية الحضانة، تحقق مما إذا كان الكولاجين قد تغير من لون شفاف إلى أبيض معتم.إمالة الحاوية للتأكد من أن الكولاجين هو الالتزام الجزء السفلي من الحاوية. وصب برنامج تلفزيوني على قطرة لتأكيد أن بناء الكولاجين لا كسر في الحل. لطباعة ثلاثية الأبعاد لقالب PEVA ذبيحة، انقر فوق ملف وحفظ نوع الملف كما STL لتحويل ملف CAD 3D إلى ملف STL وانقر فوق الخيار output form ASCII لإنشاء G-code.لاستيراد الملف STL المنشأ، انقر فوق ملف وفتح ملف STL وحدد ملف STL المحفوظ. لإنشاء رمز G تلقائيا لقالب PEVA الأضاحي، حدد نموذج الشريحة من مبادل STL-CAD. ثم لتوليد مسارات الطباعة لتصنيع رقاقة، واستخدام فوهة الدقة قياس 50 في ضغط هوائي من 500 كيلوباسكال في 110 درجة مئوية لطباعة قالب PEVA التضحية على شريحة الأنسجة الهيدروفيلية لاصقة عقيمة.لإلقاء حاجز PDMS ، مختلطة ستة ملليلتر من elastomer قاعدة PDMS و 600 ميكرولتر من عامل المعالجة لمدة خمس دقائق في خزان بلاستيكي وتحميل محلول المخلوطة بشكل متجانس في حقنة 10 ملليلتر المتاح. تجهيز المحاقن مع 20 قياس البلاستيك مدبب تلميح الاستغناء وملء قالب PEVA التضحية مع حل PDMS المخلوطة. فإن PDMS المخلوطة ملء هذا القالب PEVA التضحية مع سطح محدب وسيكون الحاجز أعلى من ذلك من القالب.بعد معالجة حاجز PDMS في فرن 40 درجة مئوية لأكثر من 36 ساعة لتجنب ذوبان PEVA ، استخدم زوجا من الملاقط الدقيقة لفصل قالب PEVA التضحية وتعقيم الحاجز نفاذية الغاز في 120 درجة مئوية في الأوتوكلاف. لخلط الحل مع الخلايا السرطانية، وإعادة إنفاق كل نوع من بيليه الخلية التي تم جمعها في 20 ميكرولتر من المتوسطة الثقافة وإضافة ملليلتر واحد من 1٪ تحييد الكولاجين قبل هلام الحل في كل من تعليق الخلية إعادة الإنفاق على الجليد الرطب مع خلط لطيف. استخدام ماصة الإزاحة إيجابية لخلط كل تعليق الخلية.عندما يتم الحصول على حلول متجانسة، استخدم ماصة موجبة يمكن التخلص منها لنقل حيوية الكولاجين المغلفة بالخلايا إلى حقن فردية يمكن التخلص منها بثلاث ملليلتر وتخزين المحاقن عند أربع درجات مئوية حتى طباعة الخلايا ثلاثية الأبعاد. للطباعة ثلاثية الأبعاد للحلقات متحدة المركز للسرطان- ستروما، قم بتحويل ملف CAD ثلاثي الأبعاد المناسب إلى تنسيق ملف STL واستخدم مبادل STL-CAD لإنشاء رمز G للحلقات متحدة المركز للسرطان- ستروما. قم بتحميل الخلايا المغلفة بالجينات الحيوية في رأس الطابعة ثلاثية الأبعاد وحدد درجة حرارة الرأس والطبق إلى 15 درجة مئوية.قم بتحميل مسار الطباعة المتولد على برنامج التحكم للطابعة ثلاثية الأبعاد وانقر فوق البدء لطباعة حيوية الكولاجين على حاجز نفاذية الغاز وفقا لرمز G المحمل بإبرة بلاستيكية قياس 18 بضغط هوائي يبلغ حوالي 20 كيلوباسكال عند 15 درجة مئوية. في نهاية كل عملية طباعة، ضع يدويا غطاء زجاجي معقم 22 في 50 ملليمترا فوق الحاجز نفاذية الغاز لتوليد التدرج نقص الأكز. بعد توليد ثلاثة سرطان نقص الأكز على رقائق نقل رقائق إلى حاضنة 37 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة لتقاطع bioinks الكولاجين.عندما تتم طباعة جميع سرطان نقص الأكاكس على رقائق، يفرك بلطف نظارات الغطاء على رأس الحواجز نفاذية الغاز مع مكشطة الخلية للترابط ضيق. لتحديث الخلايا ثقافة المتوسطة إلى رقائق دون فصل بناء السرطان، إمالة رقائق واستخدام ماصة لإدخال 1.5 ملليلتر من المتوسط نمو الخلايا البطانية إلى جانب كل رقاقة. تم تصميم سرطان نقص الأوكسي على رقاقة في شكل حلقات متحدة المركز لمحاكاة انتشار الأكسجين الشعاعي والاستنفاد لوحظ في أنسجة السرطان.بعد تحديد حجم التحكم في الفضاء الذي ينتشر الأكسجين وتستهلكه الخلايا ، يمكن تحديد الكثافة الخلوية المناسبة لتوليد نقص الأكxia المركزي من خلال تحليل العناصر المحدودة الحسابية. عند طباعة الخلايا ثلاثية الأبعاد ، يمكن إنشاء هيكل حلقة متحد المركز مجزأ للسرطان - ستروما لإعادة إنتاج السمات التشريحية للسرطان الصلب. من الناحية الكمية، تكون صلاحية الخلية بعد الطباعة عادة أكبر من 96٪ مما يؤكد أن ظروف التصنيع مناسبة للسرطان والخلايا السترومية.في هذا التحليل التمثيلي، تمت مقارنة مجموعتين وفقا لوجود وعدم وجود تدرج الأكسجين للتحقق من آثار التدرج نقص الأكز على تطور السرطان. وفي كلا الحالتين، كانت الخلايا البطانية الإيجابية الناضجة CD31 موجودة داخل المناطق الطرفية، مما يشير إلى أن البنى الحية المنقوشة مكانيا أنتجت باستخدام تكنولوجيا الطباعة البيولوجية ثلاثية الأبعاد. وبالمقارنة مع الحالة السلبية لتدرج الأكسجين، أظهرت الحالة الإيجابية المتدرجة تدرجا نقص الأوكسي، مما يشير إلى التعبير التدريجي عن HIF1 alpha.SHMT2 إيجابية pseudopalisaded الخلايا وSOX2 الخلايا المتعددة القدرات الإيجابية لوحظ أيضا، مما يدل على وجود السمات المرضية العدوانية للسرطان الصلب. السرطان نقص الأكز على رقاقة هو أداة مفيدة للتحقيق في الخصائص المرضية الفسيولوجية للسرطانات الصلبة والتحدث المتبادل الديناميكي بين الخلايا السرطانية وتولد الورم تعزيز البيئة الدقيقة. وبما أنه يمكن تكييف المنهجية لتصميم دواء خاص بالمريض في إطار زمني معقول، فمن المتوقع أن يسد هذا النهج الفجوة بين النماذج الحية وفي المختبر للسرطان.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Tracking Hypoxic Signaling within Encapsulated Cell Aggregates

وفي اشارة الى نقص الأوكسجين داخل تعقب المجاميع خلية مغلف

In Diabetes mellitus type 1, autoimmune destruction of the pancreatic &beta;-cells results in loss of insulin production and potentially lethal ...

Monitoring Protein Adsorption with Solid-state Nanopores

رصد بروتين الامتزاز مع الحالة الصلبة Nanopores

Solid-state nanopores have been used to perform measurements at the single-molecule level to examine the local structure and flexibility of nucleic acids ...

Sample Preparation Strategies for Mass Spectrometry Imaging of 3D Cell Culture Models

عينة استراتيجيات التحضير للتصوير الطيف الكتلي لل3D الثقافة خلية نماذج

Three dimensional cell cultures are attractive models for biological research. They combine the flexibility and cost-effectiveness of cell culture with ...

Solid Lipid Nanoparticles (SLNs) for Intracellular Targeting Applications

Solid Lipid Nanoparticles SLNs for Intracellular Targeting Applications

الصلبة الدهون النانوية (SLNs) لاستهداف التطبيقات بين الخلايا

Nanoparticle-based delivery vehicles have shown great promise for intracellular targeting applications, providing a mechanism to specifically alter ...

Selective Cell Elimination from Mixed 3D Culture Using a Near Infrared Photoimmunotherapy Technique

انتقائية القضاء خلية من الثقافة 3D المختلطة باستخدام تقنية الأشعة تحت الحمراء بالقرب من Photoimmunotherapy

Recent developments in tissue engineering offer innovative solutions for many diseases. For example, tissue engineering using induced pluripotent stem ...

Preparation of 3D Collagen Gels and Microchannels for the Study of 3D Interactions In Vivo

Preparation of 3D Collagen Gels and Microchannels for the Study of 3D Interactions In Vivo

إعداد 3D الهلام الكولاجين وMicrochannels لدراسة التفاعلات 3D<em&gt; في فيفو</em

Historically, most cellular processes have been studied in only 2 dimensions.  While these studies have been informative about general cell signaling ...

Micropatterning and Assembly of 3D Microvessels

Micropatterning وجمعية Microvessels 3D

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

Modeling Ovarian Cancer Multicellular Spheroid Behavior in a Dynamic 3D Peritoneal Microdevice

نمذجة السلوك سرطان المبيض متعددة الخلايا الجسم الشبه الكروي في Microdevice دينامية 3D البريتوني

Ovarian cancer is characterized by extensive peritoneal metastasis, with tumor spheres commonly found in the malignant ascites. This is associated with ...

Bioprinting of Cartilage and Skin Tissue Analogs Utilizing a Novel Passive Mixing Unit Technique for Bioink Precellularization

بيوبرينتينج الغضاريف والجلد الأنسجة النظير استخدام سلبية رواية خلط وحدة تقنية بريسيلولاريزيشن بيوينك

Bioprinting is a powerful technique for the rapid and reproducible fabrication of constructs for tissue engineering applications. In this study, both ...

Rigid Embedding of Fixed and Stained, Whole, Millimeter-Scale Specimens for Section-free 3D Histology by Micro-Computed Tomography

جامدة التضمين من الثابتة والملون، إجمالاً، مقياس الملليمتر العينات 3D خالية من قسم علم الأنسجة بالتصوير المقطعي الصغيرة المحسوبة

For over a hundred years, the histological study of tissues has been the gold standard for medical diagnosis because histology allows all cell types in ...