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

Esta investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Investigación de Corea (NRF) financiada por el Ministerio de Educación (No. 2020R1A6A1A03047902 y NRF-2018H1A2A1062091) y el gobierno de Corea (MSIT) (No. NRF-2019R1C1C1009606 y NRF-2019R1A3A3005437).

1. Simulación por computadora de la formación de gradiente de oxígeno
<ol><li>
Generación de un modelo de geometría 3D para la impresión de cáncer hipóxico en un chip
	<ol>
<li>Ejecute un software CAD 3D.</li>
		<li>Esboce el modelo de geometría del cáncer hipóxico en un chip. Pulse en Esbozar (Sketch) y seleccione el plano deseado para dibujar la geometría. Consulte el dibujo (Figura 2A) para la escala de detalle de cada pieza.</li>
		<li>Esta...

<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. 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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>

En este estudio, describimos el proceso de fabricación de un cáncer-en-un-viruta hipóxico basado en tecnología de la célula-impresión 3D. La formación del gradiente hipóxico en el chip diseñado se predijo a través de simulaciones por computadora. El ambiente que puede inducir un gradiente hipóxico heterogéneo se reprodujo a través de una estrategia simple que combina la barrera permeable al gas impresa en 3D y la cubierta de vidrio. Las características patológicas hipoxia-relacionadas del glioblastoma, inc...

El microambiente del cáncer es un factor crítico que impulsa la progresión del cáncer. Los componentes múltiples, incluyendo señales bioquímicas, biofísicas, y celulares, determinan las características patológicas del cáncer. Entre éstos, la hipoxia se asocia fuertemente a supervivencia, a la proliferación, y a la invasión del cáncer1. Debido al crecimiento y a la división ilimitados de células cancerosas, los alimentos y el oxígeno se agotan continuamente, y se genera un gradiente hipóxico. En condiciones de bajo oxígeno, las células activan el factor de transcripción inducible por hipoxia (HIF)-cascada molecular asociada. Este proceso induce un núcleo necrótico, desencadena cambios metabólicos e inicia hiperplasia de vasos sanguíneos y metástasis2,3. Posteriormente, la hipoxia en las células cancerosas causa la destrucción de los tejidos normales vecinos. Además, la hipoxia se asocia fuertemente a la resistencia terapéutica de tumores sólidos de maneras multifactoriales. La hipoxia puede impedir gravemente la radioterapia, ya que la radiosensibilidad es limitada debido a las especies reactivas de oxígeno1,4. Además, disminuye los niveles de pH de los microambientes de cáncer, lo que disminuye la acumulación de fármacos1. Por lo tanto, la reproducción de las características patológicas relacionadas con la hipoxia in vitro es una estrategia prometedora para los resultados científicos y preclínicos.
Modelar un microambiente específico del cáncer es esencial para comprender el desarrollo del cáncer y explorar los tratamientos apropiados. Aunque los modelos animales han sido ampliamente utilizados debido a su fuerte relevancia fisiológica, existen cuestiones relacionadas con las diferencias de especies y problemas éticos5. Además, aunque los modelos 2D y 3D convencionales permiten la manipulación y la proyección de imagen en tiempo real de células cancerosas para un análisis profundizado, su complejidad arquitectónica y celular no se puede recapitular completamente. Por ejemplo, los modelos esferoides de cáncer han sido ampliamente utilizados, ya que la agregación de células cancerosas en un esferoide puede generar naturalmente hipoxia en el núcleo. Además, se ha producido un gran número de esferoides celulares de tamaño uniforme utilizando sistemas de múltiples pozos basados en plástico o silicona6,7. Sin embargo, la menor flexibilidad con respecto a la captura de la estructura heterogénea exacta de los tejidos cancerosos con plataformas convencionales ha requerido el establecimiento de una tecnología avanzada de biofabricación para construir una plataforma altamente biomimética para mejorar la investigación del cáncer8.
Los sistemas microfisiológicos 3D (MPS) son herramientas útiles para recapitular la geometría compleja y la progresión patológica de las células cancerosas9. Mientras que las células cancerosas detectan el gradiente bioquímico de factores de crecimiento y de chemokines y la heterogeneidad mecánica reproducida en el sistema, las características importantes del desarrollo del cáncer se pueden investigar in vitro. Por ejemplo, la viabilidad del cáncer, la malignidad metastática, y la resistencia a los medicamentos dependiendo de las concentraciones diversas del oxígeno se ha estudiado usandompss 10,11. A pesar de los avances recientes, la generación de condiciones hipóxicas de modelos in vitro se basa en procedimientos de fabricación complejos, incluida la conexión con bombas de gas físicas. Por lo tanto, se necesitan métodos simples y flexibles para construir microambientes específicos del cáncer.
La tecnología de impresión celular 3D ha ganado considerable atención debido a su control preciso de la disposición espacial de los biomateriales para recapitular arquitecturas biológicas nativas12. En particular, esta tecnología supera las limitaciones existentes de los modelos de hipoxia 3D debido a su alta controlabilidad y viabilidad para construir las características espaciales del microambiente del cáncer. La impresión 3D también facilita la fabricación asistida por computadora a través de un proceso capa por capa, proporcionando así una construcción rápida, precisa y reproducible de geometrías complejas para imitar arquitecturas de tejidos reales. Además de las ventajas de las estrategias de fabricación existentes para los MPS 3D, las características fisiopatológicas de la progresión del cáncer se pueden reproducir modelando los componentes bioquímicos, celulares y biofísicos13,14.
Aquí, presentamos una estrategia de impresión celular 3D para un cáncer hipóxico en un chip para recapitular la heterogeneidad de un cáncer sólido(Figura 1)15. Los parámetros de fabricación se determinaron mediante una simulación computacional de la formación de hipoxia central en el sistema. los anillos concéntricos del Cáncer-tejido conectador fueron impresos usando los bioinks del colágeno que contenían las células del glioblastoma y las células endoteliales para emular la patofisiología del glioblastoma, un tipo de cáncer sólido. La formación de un gradiente radial del oxígeno agravó malignidad del cáncer, indicando agresividad consolidada. Además, indicamos perspectivas futuras para las aplicaciones del chip a modelos preclínicos específicos del paciente. Se espera que el enfoque propuesto para crear un sistema microfisiológico sólido-cáncer-mimético cierre la brecha entre los modelos in vivo e in vitro de cáncer.

<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

El microambiente del cáncer tiene un impacto significativo en la progresión de la enfermedad. Particularmente, la hipoxia es el conductor dominante de la supervivencia, de la invasión, y de la quimiorresistencia del cáncer. Aunque varios modelos ines vitro se hayan desarrollado para estudiar patología hipoxia-relacionada del cáncer, la interacción compleja del microambiente del cáncer observado in vivo no se ha reproducido todavía debido a la carencia del control espacial exacto. En cambio, se han propuesto enfoques de biofabricación 3D para crear sistemas microfisiológicos para una mejor emulación de la ecología del cáncer y una evaluación precisa del tratamiento contra el cáncer. Adjunto, proponemos un acercamiento de la célula-impresión 3D para fabricar un cáncer-en-un-viruta hipóxico. Los componentes hipoxia-que inducían en la viruta fueron determinados basados en una simulación de computadora de la distribución del oxígeno. los anillos concéntricos del Cáncer-tejido conectador fueron impresos usando los bioinks que contenían las células del glioblastoma y las células endoteliales para recapitular un tipo de cáncer sólido. La viruta resultante realizó hipoxia central y agravó malignidad en cáncer con la formación de marcadores patofisiológicos representativos. En general, se espera que el enfoque propuesto para crear un sistema microfisiológico sólido-cáncer-mimético cierre la brecha entre los modelos in vivo e in vitro para la investigación del cáncer.

El cáncer hipóxico en un chip se desarrolló utilizando tecnología de impresión celular 3D asistida por computadora para recapitular la hipoxia y la patología relacionada con el cáncer (Figura 1). El transporte y el consumo de oxígeno se simularon utilizando el modelo de geometría 3D. El chip fue diseñado en forma de anillos concéntricos para imitar la difusión y depleción radial de oxígeno, en los tejidos cancerosos(Figura 2...

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

La hipoxia es un sello distintivo del microambiente tumoral y desempeña un papel crucial en la progresión del cáncer. Este artículo describe el proceso de la fabricación de un cáncer-en-una-viruta hipóxico basado en tecnología de célula-impresión 3D para recapitular una patología hipoxia-relacionada del cáncer.

3D Cell-Printed Hypoxic Cancer-on-a-Chip Para Recapitular la Progresión Patológica Del Cáncer Sólido

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

La hipoxia es un impulsor clave del desarrollo del cáncer que induce inestabilidad genómica y tumorigénesis. Se demuestra un método para generar hipoxia central en un cáncer sólido in vitro basado en tecnología de bioimpresión 3D. Utilizando este método, se puede reproducir un gradiente hipóxico de radio utilizando una estrategia simple que combina una barrera permeable al gas impresa en 3D y una cubierta de vidrio.Esta tecnología hipóxica del cáncer en una viruta se puede utilizar para predecir eficacia de la droga para facilitar la prescripción específica de la droga anticáncer paciente. Y también se espera que permita un diagnóstico rápido de cánceres agresivos. Para ayudar en la preparación de una solución de pre-gel de colágeno neutralizado de tres mililitros, corte las esponjas de colágeno de 30 miligramos en piezas cuadradas de cinco por cinco milímetros.Coloque las piezas en un vial de vidrio estéril de 10 mililitros y agregue 2.4 mililitros de filtro de jeringa de 0.2 micras 0.1 ácido clorhídrico normal al vial para una incubación de tres días a cuatro grados Celsius y 15 revoluciones por minuto. Después de la digestión, colar cualquier partícula de colágeno no didigida a través de un colador de células de 40 micras y almacenar la solución de colágeno ácido a cuatro grados centígrados durante un hasta siete días. Para ajustar el pH de la solución de pre-gel de colágeno neutralizado al 1%, añadir 30 microlitros de solución de rojo fenol a una concentración final del 1% y 300 microlitros de PBS 10X a una concentración final del 10% Después de mezclar y centrifugar, utilizar un hidróxido de sodio normal para neutralizar el pH a siete, verificando el cambio de color y añadir agua destilada para obtener un volumen total de tres mililitros.Luego guarde la solución de pre-gel de colágeno neutralizado al 1% ajustada al pH a cuatro grados Centígrados para su uso dentro de los tres días. Para comprobar previamente la gelificación de la solución pre-gel de colágeno neutralizado, use una pipeta de desplazamiento positivo para agregar 50 microlitros de gotitas de colágeno a un plato pequeño e incube las gotitas en una incubadora de 37 grados Celsius durante una hora. Al final de la incubación, compruebe si el colágeno ha cambiado de un color transparente a un blanco opaco.Incline el recipiente para confirmar que el colágeno se adhiere a la parte inferior del recipiente. Y vierta PBS en la gota para confirmar que la construcción de colágeno no se rompe en solución. Para la impresión 3D de un molde PEVA de sacrificio, haga clic en Archivo y guarde el tipo de archivo como STL para convertir el archivo CAD 3D en un archivo STL y haga clic en Opción y formulario de salida como ASCII para generar el código G.Para importar el archivo STL generado, haga clic en Archivo y abra el archivo STL y seleccione el archivo STL guardado. Para generar automáticamente el código G del molde PEVA de sacrificio, seleccione el modelo de rebanada del intercambiador STL-CAD. Luego, para generar rutas de impresión para la fabricación de virutas, utilice una boquilla de precisión de calibre 50 a una presión neumática de 500 kilopascales a 110 grados Celsius para imprimir el molde de PEVA de sacrificio en un portaobjetos de histología hidrofílica adhesivo estéril.Para fundir la barrera PDMS, mezcle seis mililitros de elastómero base PDMS y 600 microlitros de agente de curado durante cinco minutos en un depósito de plástico y cargue la solución mezclada homogéneamente en una jeringa desechable de 10 mililitros. Equipó la jeringa con una punta de dispensación cónica de plástico calibre 20 y llene el molde de PEVA de sacrificio con la solución pdms mezclada. El PDMS mezclado llenará este molde de PEVA de sacrificio con una superficie convexa y la barrera será más alta que la del molde.Después de curar la barrera PDMS en un horno de 40 grados Celsius durante más de 36 horas para evitar la fusión del PEVA, use un par de pinzas de precisión para separar el molde de PEVA de sacrificio y esterilizar la barrera permeable al gas a 120 grados Celsius en un autoclave. Para mezclar la solución con células cancerosas, resuspend cada tipo de pellet de células recolectadas en 20 microlitros de medio de cultivo y agregue un mililitro de solución pre-gel de colágeno neutralizado al 1% en cada una de las suspensiones celulares resuspended en hielo húmedo con mezcla suave. Utilice una pipeta de desplazamiento positivo para mezclar cada suspensión celular.Cuando se obtienen soluciones homogéneas, utilice una pipeta desechable positiva para transferir los bioinks de colágeno encapsulados en células en jeringas desechables individuales de tres mililitros y almacene las jeringas a cuatro grados Centígrados hasta la impresión celular 3D. Para la impresión 3D de anillos concéntricos de cáncer-estroma, convierta el archivo CAD 3D apropiado en un formato de archivo STL y utilice un intercambiador STL-CAD para generar un código G de los anillos concéntricos de cáncer-estroma. Cargue los bioinks de colágeno encapsulados en la célula en el cabezal de la impresora 3D y ajuste la temperatura del cabezal y la placa a 15 grados centígrados.Cargue la ruta de impresión generada en el software de control de la impresora 3D y haga clic en Iniciar para imprimir los bioinks de colágeno en la barrera permeable al gas de acuerdo con el código G cargado con una aguja de plástico de calibre 18 a una presión neumática de aproximadamente 20 kilopascales a 15 grados Celsius. Al final de cada operación de impresión, coloque manualmente una cubierta de vidrio esterilizada de 22 por 50 milímetros en la parte superior de la barrera permeable al gas para generar el gradiente hipóxico. Después de generar tres cáncer hipóxico en chips, transfiera los chips a una incubadora de 37 grados Celsius durante una hora para reticular los bioinks de colágeno.Cuando se hayan impreso todos los chips hipóxicos contra el cáncer, frote suavemente las gafas de cubierta en la parte superior de las barreras permeables al gas con un raspador celular para una unión estrecha. Para refrescar el medio de cultivo celular a los chips sin separar la construcción del cáncer, incline los chips y use una pipeta para introducir 1.5 mililitros de medio de crecimiento de células endoteliales al lado de cada chip. El cáncer-en-uno-viruta hipóxico fue diseñado en forma de anillos concéntricos para mímico la difusión y el agotamiento radiales del oxígeno observados en tejidos del cáncer.Después de definir el volumen de control de un espacio en el que el oxígeno es difundido y consumido por las células, se puede determinar una densidad celular apropiada para la generación de hipoxia central a través del análisis computacional de elementos finitos. Sobre la impresión celular 3D, una estructura concéntrica compartimentada del anillo del cáncer-tejido conectador se puede crear para reproducir las características anatómicas del cáncer sólido. Cuantitativamente, la viabilidad de la célula de la postimpresión es típicamente mayor el de 96% que confirma que las condiciones de fabricación son apropiadas para el cáncer y las células stromal.En este análisis representativo, se compararon dos grupos según la presencia y ausencia del gradiente de oxígeno para verificar los efectos de un gradiente hipóxico sobre la progresión del cáncer. Bajo ambas condiciones, las células endoteliales positivas CD31 maduras estaban presentes dentro de las regiones periféricas, lo que indica que las construcciones vivas modeladas espacialmente se produjeron utilizando la tecnología de bioimpresión 3D. Comparado a la condición negativa del gradiente del oxígeno la condición positiva del gradiente demostró un gradiente hipóxico, indicando la expresión gradual de la alfa HIF1.Las células pseudopalisaded positivas SHMT2 y las células pluripotent positivas SOX2 también fueron observadas, indicativas de la presencia de características patofisiológicas agresivas del cáncer sólido. El cáncer-en-una-viruta hipóxico es una herramienta útil para investigar las características patofisiológicas de cánceres sólidos y la diafonía dinámica entre las células cancerosas y el tumorigenesis que promueven el microambiente. Como la metodología se puede adaptar para un diseño de fármaco específico para el paciente en un plazo razonable, se espera que este enfoque cierre la brecha entre los modelos de cáncer in vivo e in vitro.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Tracking Hypoxic Signaling within Encapsulated Cell Aggregates

Seguimiento de señalización dentro de los agregados de células hipóxicas encapsulado

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

Investigación

Bioingeniería

Monitoring Protein Adsorption with Solid-state Nanopores

Monitoreo adsorción de proteínas de estado sólido Nanoporos

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

Preparación de la muestra Estrategias para Espectrometría de Masas de imágenes de modelos de cultivo celular en 3D

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

Sólido lípidos nanopartículas (GLC) Aplicaciones para intracelular de focalización

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

La eliminación selectiva de células de Cultura mezclada 3D mediante técnica de infrarrojo cercano 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

Preparación de geles de colágeno en 3D y microcanales para el estudio de las interacciones 3D<em&gt; En 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 y Montaje de Microvasos 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

Modelización del comportamiento del cáncer de ovario en un esferoide multicelular Microdevice 3D dinámico peritoneal

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 de cartílago y piel análogos de tejido utilizando un pasivo novela mezcla de unidad técnica de 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

Rígida fijación de fijo y manchados, todo, escala milimétrica muestras para histología sin sección 3D de tomografía Micro computada

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 ...