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

Denne forskningen ble støttet av National Research Foundation of Korea (NRF) finansiert av Kunnskapsdepartementet (nr. 2020R1A6A1A03047902 og NRF-2018H1A2A1062091) og Korea-regjeringen (MSIT) (Nei. NRF-2019R1C1C1009606 og NRF-2019R1A3A3005437).

1. Datasimulering av oksygengradientdannelse
<ol><li>
Generering av en 3D-geometrimodell for hypoksisk kreft-på-en-chip-utskrift
	<ol>
<li>Kjør en 3D CAD-programvare.</li>
		<li>Skisser geometrimodellen av hypoksisk kreft-på-en-chip. Klikk på Skisse og velg ønsket plan for å tegne geometrien. Se tegningen (figur 2A) for detaljskalaen for hver del.</li>
		<li>Angi tykkelsen på geometrien ved å klikke funksjonsprostinnelsessjef/-base...

<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>

I denne studien beskriver vi fabrikasjonsprosessen til en hypoksisk kreft-på-en-chip basert på 3D-celleutskriftsteknologi. Dannelsen av den hypoksiske gradienten i den designede brikken ble spådd gjennom datasimuleringer. Miljøet som kan indusere en heterogen hypoksisk gradient ble reprodusert via en enkel strategi som kombinerer den 3D-trykte gassgjennomtrengelige barrieren og glassdekselet. De hypoksi-relaterte patologiske egenskapene til glioblastom, inkludert pseudopalisade og en liten populasjon av kreft stamcel...

Kreftmikromiljøet er en kritisk faktor som driver kreftprogresjonen. Flere komponenter, inkludert biokjemiske, biofysiske og cellulære signaler, bestemmer de patologiske egenskapene til kreft. Blant disse er hypoksi sterkt forbundet med kreftoverlevelse, spredning og invasjon1. På grunn av ubegrenset vekst og oppdeling av kreftceller, blir næringsstoffer og oksygen kontinuerlig utarmet, og en hypoksisk gradient genereres. Under forhold med lavt oksygennivå aktiverer celler hypoksi-inducible transkripsjonsfaktor (HIF)-assosiert molekylær kaskade. Denne prosessen induserer en nekrotisk kjerne, utløser metabolske endringer og initierer blodkar hyperplasi og metastase2,3. Deretter forårsaker hypoksi i kreftceller ødeleggelsen av nærliggende normale vev. Videre er hypoksi sterkt forbundet med terapeutisk motstand av faste svulster i multifaktorielle manerer. Hypoksi kan sterkt hindre strålebehandling, da radiosensitiviteten er begrenset på grunn av reaktive oksygenarter1,4. I tillegg reduserer det pH-nivåer av kreftmikromiljøet, noe som reduserer legemiddelakkumulering1. Derfor er reproduserende patologiske egenskaper relatert til hypoksi in vitro en lovende strategi for vitenskapelige og prekliniske funn.
Modellering av et spesifikt mikromiljø av kreft er avgjørende for å forstå kreftutvikling og utforske passende behandlinger. Selv om dyremodeller har blitt mye brukt på grunn av deres sterke fysiologiske relevans, eksisterer problemer knyttet til artsforskjeller og etiske problemer5. Videre, selv om konvensjonelle 2D- og 3D-modeller tillater manipulering og sanntidsavbildning av kreftceller for en grundig analyse, kan deres arkitektoniske og cellulære kompleksitet ikke fullstendig rekapituleres. For eksempel har kreftsfæroidmodeller blitt mye brukt, da kreftcelleaggregering i en sfæroid kan naturlig generere hypoksi i kjernen. Videre er et stort antall cellulære sfæroider av jevn størrelse produsert ved hjelp av plast- eller silikonbaserte multibrønnsystemer6,7. Imidlertid har den lavere fleksibiliteten med hensyn til å fange den eksakte heterogene strukturen av kreftvev med konvensjonelle plattformer krevd etablering av en avansert biofabrication-teknologi for å bygge en svært biomimetisk plattform for å forbedrekreftforskningen 8.
3D mikrofysiologiske systemer (MPSs) er nyttige verktøy for å rekapitulere den komplekse geometrien og patologiske progresjonen av kreftceller9. Ettersom kreftceller registrerer den biokjemiske gradienten av vekstfaktorer og kjemokiner og den mekaniske heterogeniteten som reproduseres på systemet, kan viktige trekk ved kreftutvikling undersøkes in vitro. For eksempel har kreft levedyktighet, metastatisk malignitet og legemiddelresistens avhengig av de varierende oksygenkonsentrasjonene blitt studert ved hjelp av MPSs10,11. Til tross for nylige fremskritt, er generering av hypoksiske forhold til in vitro-modeller avhengig av komplekse fabrikasjonsprosedyrer, inkludert tilkobling med fysiske gasspumper. Derfor er det nødvendig med enkle og fleksible metoder for å bygge kreftspesifikke mikromiljø.
3D-celleutskriftsteknologi har fått betydelig oppmerksomhet på grunn av sin presise kontroll over det romlige arrangementet av biomaterialer for å rekapitulere innfødte biologiske arkitekturer12. Spesielt overvinner denne teknologien de eksisterende begrensningene til 3D-hypoksimodeller på grunn av sin høye kontrollerbarhet og gjennomførbarhet for å bygge de romlige egenskapene til kreftmikromiljøet. 3D-utskrift forenkler også dataassistert produksjon gjennom en lag-for-lag-prosess, og gir dermed en rask, nøyaktig og reproduserbar konstruksjon av komplekse geometrier for å etterligne faktiske vevsarkitekturer. I tillegg til fordelene ved eksisterende produksjonsstrategier for 3D MPSs, kan de patofysiologiske egenskapene til kreftprogresjon reproduseres ved å mønstre de biokjemiske, cellulære og biofysiske komponentene13,14.
Her presenterer vi en 3D-celleutskriftsstrategi for en hypoksisk kreft-på-en-chip for å rekapitulere heterogeniteten til en solid kreft (Figur 1)15. Fabrikasjonsparametrene ble bestemt via en beregningssimulering av sentral hypoksidannelse i systemet. Kreft-stroma konsentriske ringer ble trykt ved hjelp av kollagen bioinks som inneholder glioblastomceller og endotelceller for å etterligne patofysiologien til glioblastom, en type solid kreft. Dannelsen av en radial oksygengradient forverret kreft malignitet, noe som indikerer styrket aggressivitet. Videre angir vi fremtidige perspektiver for anvendelsen av brikken til pasientspesifikke prekliniske modeller. Den foreslåtte tilnærmingen for å skape et solid-kreft-mimetisk mikrofysiologisk system forventes å bygge bro mellom in vivo- og in vitro-modeller av kreft.

<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

Kreftmikromiljø har en betydelig innvirkning på sykdomsprogresjonen. Spesielt er hypoksi den viktigste driveren for kreftoverlevelse, invasjon og chemoresistance. Selv om flere in vitro-modeller er utviklet for å studere hypoksirelatert kreftpatologi, har det komplekse samspillet mellom kreftmikromiljøet observert in vivo ikke blitt reprodusert ennå på grunn av mangel på presis romlig kontroll. I stedet er det foreslått 3D biofabrikasjonsmetoder for å skape mikrofysiologiske systemer for bedre emulering av kreftøkologi og nøyaktig evaluering av anticancerbehandling. Her foreslår vi en 3D-celleutskriftsmetode for å fremstille en hypoksisk kreft-på-en-chip. De hypoksiinduserende komponentene i brikken ble bestemt basert på en datasimulering av oksygenfordelingen. Kreft-stroma konsentriske ringer ble trykt ved hjelp av bioinks som inneholder glioblastomceller og endotelceller for å rekapitulere en type solid kreft. Den resulterende brikken realiserte sentral hypoksi og forverret malignitet i kreft med dannelsen av representative patofysiologiske markører. Samlet sett forventes den foreslåtte tilnærmingen for å skape et solid-kreft-mimetisk mikrofysiologisk system å bygge bro mellom in vivo- og in vitro-modeller for kreftforskning.

Den hypoksiske kreft-på-en-brikken ble utviklet ved hjelp av dataassistert 3D-celleutskriftsteknologi for å rekapitulere hypoksi og kreftrelatert patologi (figur 1). Oksygentransport og forbruk ble simulert ved hjelp av 3D-geometrimodellen. Brikken ble designet i form av konsentriske ringer for å etterligne radial oksygendiffusjon og uttømming, i kreftvev (figur 2A). Etter å ha definert kontrollvolumet til et rom der oksygen...

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

Hypoksi er et kjennetegn på tumormikromiljø og spiller en avgjørende rolle i kreftprogresjon. Denne artikkelen beskriver fabrikasjonsprosessen til en hypoksisk kreft-på-en-chip basert på 3D-celleutskriftsteknologi for å rekapitulere en hypoksirelatert patologi av kreft.

3D-celletrykt hypoksisk kreft-på-en-chip for rekapitulerende patologisk progresjon av fast kreft

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

Hypoksi er en viktig driver for kreftutvikling som induserer genomisk ustabilitet og tumorigenese. Vi demonstrerer en metode for å generere sentral hypoksi i en solid kreftintro basert på 3D bioprinting teknologi. Ved hjelp av denne metoden kan en radiohypoksisk gradient reproduseres ved hjelp av en enkel strategi som kombinerer en 3D-trykt gassgjennomtrengelig barriere og et glassdeksel.Denne hypoksiske kreft on-a-chip-teknologien kan brukes til å forutsi legemiddeleffekt for å lette pasientspesifikk anticancer-legemiddelresepsjon. Og det forventes også å muliggjøre en rask diagnose av aggressive kreftformer. For å hjelpe til med forberedelsen av en tre milliliter nøytralisert kollagen pre-gel løsning, kutt 30 milligram kollagen svamper i en fem ganger fem millimeter kvadrerte stykker.Legg bitene i et sterilt hetteglass med 10 milliliter glass og tilsett 2,4 milliliter 0,2 mikron sprøytefilter 0,1 normal saltsyre til hetteglasset for en tre-dagers inkubasjon ved fire grader Celsius og 15 omdreininger per minutt. Etter fordøyelsen, spenne eventuelle ufordøyde kollagenpartikler gjennom en 40 mikroncellesil og lagre den sure kollagenoppløsningen ved fire grader Celsius i opptil syv dager. For å justere pH-en til den 1% nøytraliserte kollagen pre-gel-oppløsningen, tilsett 30 mikroliter fenolrød oppløsning til en endelig konsentrasjon på 1% og 300 mikroliter 10X PBS til en endelig konsentrasjon på 10%Etter blanding og sentrifugering, bruk en vanlig natriumhydroksid for å nøytralisere pH til syv, verifisere fargeendringen og legge til destillert vann for å oppnå et totalt volum på tre milliliter.Oppbevar deretter pH-justert 1% nøytralisert kollagen pre-gel løsning ved fire grader Celsius for bruk innen tre dager. For å forhåndskontrollere gelering av den nøytraliserte kollagen pre-gel-løsningen, bruk en positiv forskyvning pipette for å legge til 50 mikroliter kollagendråper til en liten tallerken og inkubere dråpene i en 37 grader Celsius inkubator i en time. På slutten av inkubasjonen, sjekk om kollagenet har endret seg fra en gjennomsiktig farge til en ugjennomsiktig hvit.Vipp beholderen for å bekrefte at kollagenet holder seg til bunnen av beholderen. Og hell PBS på dråpen for å bekrefte at kollagenkonstruksjonen ikke bryter i løsningen. For 3D-utskrift av en offer-PEVA-form, klikk Fil og lagre filtype som STL for å konvertere 3D CAD-filen til en STL-fil og klikk Påvalg og utdataskjema som ASCII for å generere G-koden.Hvis du vil importere den genererte STL-filen, klikker du Fil og åpner STL-filen og velger den lagrede STL-filen. Hvis du vil generere G-koden for den offerbaserte PEVA-formen automatisk, velger du stykkemodellen til STL-CAD-veksleren. For å generere utskriftsbaner for sponfabrikasjonen, bruk deretter en 50 gauge presisjonsdyse ved et pneumatisk trykk på 500 kilopascals ved 110 grader Celsius for å skrive ut den offer PEVA-formen på et sterilt lim hydrofil histologisk lysbilde.For å kaste PDMS-barrieren blandet seks milliliter PDMS base elastomer og 600 mikroliter herdemiddel i fem minutter i et plastreservoar og last den homogent blandede løsningen inn i en 10 milliliter engangssprøyte. Utstyrt sprøyten med en 20 gauge plast konisk dispenserspiss og fyll offer PEVA-formen med den blandede PDMS-løsningen. Den blandede PDMS vil fylle denne offer PEVA-formen med en konveks overflate, og barrieren vil være høyere enn formen.Etter herding av PDMS-barrieren i en 40 grader Celsius-ovn i over 36 timer for å unngå å smelte PEVA, bruk et par presisjons pinsett for å løsne offer PEVA-formen og sterilisere gassgjennomtrengelig barriere ved 120 grader Celsius i en autoklave. For å blande løsningen med kreftceller, resuspender hver type samlet cellepellet i 20 mikroliter kulturmedium og tilsett en milliliter 1% nøytralisert kollagen pre-gel løsning i hver av de resuspended celle suspensjoner på våt is med skånsom blanding. Bruk en pipette med positiv forskyvning til å blande hver celleoppheng.Når homogene løsninger oppnås, bruk en positiv engangspipette for å overføre cellen innkapslede kollagenbioinks til individuelle tre milliliter engangssprøyter og lagre sprøytene på fire grader Celsius til 3D-celleutskrift. For 3D-utskrift av kreft-stroma konsentriske ringer, konvertere den aktuelle 3D CAD-filen til et STL-filformat og bruke en STL-CAD-veksler til å generere en G-kode av kreft-stroma konsentriske ringer. Legg de innkapslede kollagenbioinkene i 3D-skriverhodet og sett temperaturen på hodet og platen til 15 grader Celsius.Legg den genererte utskriftsbanen på kontrollprogramvaren til 3D-skriveren, og klikk Start for å skrive ut kollagenbioinks på gassgjennomtrengelig barriere i henhold til den lastede G-koden med en 18 gauge plastnål ved et pneumatisk trykk på omtrent 20 kilopascals ved 15 grader Celsius. På slutten av hver utskriftsoperasjon plasserer du manuelt et sterilisert glassdeksel på 22 x 50 millimeter på toppen av gassgjennomtrengelig barriere for å generere den hypoksiske gradienten. Etter å ha generert tre hypoksiske kreft-på-chips overføre sjetongene til en 37 grader Celsius inkubator i en time for å krysskoble kollagen bioinks.Når alle de hypoksiske kreft-på-en-sjetongene er trykt, gnidde forsiktig dekkbrillene på toppen av gassgjennomtrengelige barrierer med en celleskraper for tett binding. For å oppdatere cellekulturmediet til sjetongene uten å løsne kreftkonstruksjonen, vipp sjetongene og bruk en pipette for å introdusere 1,5 milliliter endotelcellevekstmedium til siden av hver brikke. Den hypoksiske kreft-på-en-brikken ble designet i form av konsentriske ringer for å etterligne radial oksygendiffusjon og uttømming observert i kreftvev.Etter å ha definert kontrollvolumet til et rom der oksygen spres og forbrukes av celler, kan en passende cellulær tetthet for sentral hypoksigenerering bestemmes gjennom beregningsmessig elementanalyse. Ved 3D-celleutskrift kan en inndelt kreft-stroma konsentrisk ringstruktur opprettes for å reprodusere de anatomiske egenskapene til den faste kreften. Kvantitativt er celle levedyktigheten etter utskrift vanligvis større enn 96 %, noe som bekrefter at produksjonsforholdene er egnet for kreft og stromale celler.I denne representative analysen ble to grupper sammenlignet i henhold til tilstedeværelsen og fraværet av oksygengradienten for å verifisere effekten av en hypoksisk gradient på kreftprogresjon. Under begge forhold var modne CD31 positive endotelceller til stede i de perifere områdene, noe som indikerer at romlig mønstrede levende konstruksjoner ble produsert ved hjelp av 3D bioprinting teknologi. Sammenlignet med oksygengradientens negative tilstand viste gradientens positive tilstand en hypoksisk gradient, noe som indikerer det gradvise uttrykket for HIF1 alfa.SHMT2 positive pseudopalisadede celler og SOX2 positive pluripotente celler ble også observert, noe som indikerer tilstedeværelsen av aggressive patofysiologiske egenskaper ved fast kreft. Den hypoksiske kreft-på-en-chip er et nyttig verktøy for å undersøke de patofysiologiske egenskapene til faste kreftformer og den dynamiske krysstale mellom kreftceller og tumorigenesis fremme mikromiljøet. Siden metodikken kan tilpasses en pasientspesifikk legemiddeldesign innen rimelig tid, forventes denne tilnærmingen å bygge bro mellom in vivo- og in vitro-modeller av kreft.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Tracking Hypoxic Signaling within Encapsulated Cell Aggregates

Sporing hypoksisk Signaling innen Encapsulated Cell tilslag

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

Overvåking Protein Adsorpsjon med Solid-state 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

Prøvepreparering Strategier for massespektrometri Imaging av 3D-Cell Kultur Modeller

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

Solid Lipid Nanopartikler (SLNs) for Intracellulær målretting Applications

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

Selektiv Cell Elimination fra Mixed 3D Kultur Ved hjelp av en nær-infrarødt Photoimmunotherapy Technique

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

Utarbeidelse av 3D kollagen Gels og mikro for studier av 3D Interaksjoner<em&gt; I Vivo</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 og montering av 3D microvessels

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

Modellering Eggstokkreft Flercellede spheroid Opptreden i en dynamisk 3D Peritoneal Microdevice

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

Bioprinting brusk og huden vev Analogs utnytte en roman passiv miksing enhet teknikk for Bioink Precellularization

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

Stive innebygging av fast og farget, hele, Millimeter skala prøver for delen-gratis 3D Histology av mikro-beregnet tomografi

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 ...