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

Bu araştırma, Eğitim Bakanlığı (No. 2020R1A6A1A03047902 ve NRF-2018H1A2A1062091) ve Kore hükümeti (MSIT) (No. NRF-2019R1C1C1009606 ve NRF-2019R1A3A3005437).

1. Oksijen gradyan oluşumunun bilgisayar simülasyonları
<ol><li>
Çip üzerinde hipoksik kanser baskısı için 3D geometri modelinin üretimi
	<ol>
<li>Bir 3D CAD yazılımı çalıştırın.</li>
		<li>Çip üzerinde hipoksik kanserin geometri modelini çizin. Çizim'e tıklayın ve geometriyi çizmek için istediğiniz düzlemi seçin. Her parçanın ayrıntı ölçeği için çizime (Şekil 2A) bakın.</li>
		<li>Özellik Çıkıntı patronu/tabanı...

<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>

Bu çalışmada, 3D hücre baskı teknolojisine dayanan çip üzerinde hipoksik bir kanserin üretim sürecini açıklıyoruz. Tasarlanan çipte hipoksik gradyanın oluşumu bilgisayar simülasyonları ile tahmin edildi. Heterojen hipoksik gradyanı indükleyen ortam, 3D baskılı gaz geçirgen bariyeri ve cam kapağı birleştiren basit bir strateji ile yeniden üretildi. Glioblastomanın psödomopalisade ve küçük bir kanser kök hücre popülasyonu da dahil olmak üzere hipoksiye bağlı patolojik özellikleri, çip...

Kanser mikroçevrişi, kanserin ilerlemesini yönlendiren kritik bir faktördür. Biyokimyasal, biyofiziksel ve hücresel ipuçları da dahil olmak üzere birden fazla bileşen kanserin patolojik özelliklerini belirler. Bunlar arasında hipoksi kanser sağkalım, çoğalma ve istila1ile güçlü bir şekilde ilişkilidir. Kanser hücrelerinin sınırsız büyümesi ve bölünmesi nedeniyle, besinler ve oksijen sürekli tükenir ve hipoksik bir gradyan üretilir. Düşük oksijen koşullarında, hücreler hipoksi indüklendirilebilir transkripsiyon faktörünü (HIF) aktive eder moleküler basamak. Bu işlem nekrotik bir çekirdeğe neden olur, metabolik değişiklikleri tetikler ve kan damarı hiperplazisini ve metastazı2,3'ü başlatır. Daha sonra, kanser hücrelerindeki hipoksi komşu normal dokuların tahrip olmasına neden olur. Ayrıca, hipoksi, katı tümörlerin multifaktöriyel olarak terapötik direnci ile güçlü bir şekilde ilişkilidir. Hipoksi radyoterapiyi ciddi şekilde engelleyebilir, çünkü radyosensitivite reaktif oksijen türleri nedeniyle sınırlıdır1,4. Ek olarak, ilaç birikimini azaltan kanser mikroçevranlıklarının pH seviyelerini azaltır1. Bu nedenle hipoksi in vitro ile ilgili patolojik özelliklerin yeniden üretilmesi bilimsel ve klinik öncesi bulgular için umut verici bir stratejidir.
Kanserin belirli bir mikroçevriciliğini modellemek, kanser gelişimini anlamak ve uygun tedavileri keşfetmek için gereklidir. Hayvan modelleri güçlü fizyolojik alakaları nedeniyle yaygın olarak kullanılsa da, tür farklılıkları ve etik problemler ile ilgili konularmevcuttur 5. Ayrıca, geleneksel 2D ve 3D modeller derinlemesine bir analiz için kanser hücrelerinin manipülasyonu ve gerçek zamanlı görüntülenmesine izin verse de, mimari ve hücresel karmaşıklıkları tam olarak yeniden elde edilemez. Örneğin, bir küreseldeki kanser hücresi toplaması çekirdekte doğal olarak hipoksi üretebildiği için kanser sferoid modelleri yaygın olarak kullanılmıştır. Ayrıca, plastik veya silikon bazlı çok kuyulu sistemler kullanılarak çok sayıda tekdüze boyutta hücresel sferoid üretilmiştir6,7. Bununla birlikte, kanserli dokuların tam heterojen yapısını geleneksel platformlarla yakalama konusunda daha düşük esneklik, kanser araştırmalarını geliştirmek için son derece biyomimetik bir platform oluşturmak için gelişmiş bir biyofabrikasyon teknolojisinin kurulmasını gerektirmektedir8.
3D mikrofizyolojik sistemler (MPS'ler) kanser hücrelerinin karmaşık geometrisini ve patolojik ilerlemesini yeniden sağlamak için yararlı araçlardır9. Kanser hücreleri büyüme faktörlerinin ve kemokinlerin biyokimyasal gradyanını ve sistem üzerinde yeniden üretilen mekanik heterojenliği algıladıkça, kanser gelişiminin önemli özellikleri in vitro olarak araştırılabilir. Örneğin, değişen oksijen konsantrasyonlarına bağlı olarak kanser canlılığı, metastatik malignite ve ilaç direnci MPSs10,11kullanılarak çalışılmıştır. Son gelişmelere rağmen, in vitro modellerin hipoksik koşullarının oluşturulması, fiziksel gaz pompaları ile bağlantı da dahil olmak üzere karmaşık imalat prosedürlerine dayanmaktadır. Bu nedenle, kansere özgü mikroçevrimler oluşturmak için basit ve esnek yöntemlere ihtiyaç vardır.
3D hücre baskı teknolojisi, yerel biyolojik mimarileri yeniden canlandırmak için biyomalzemelerin mekansal düzenini hassas bir şekilde kontrol etmesi nedeniyle önemli ölçüde dikkat çekmektedir12. Özellikle, bu teknoloji, kanser mikroçevriciliğinin mekansal özelliklerini oluşturmak için yüksek kontrol edilebilirliği ve fizibilitesi nedeniyle 3D hipoksi modellerinin mevcut sınırlamalarının üstesinden gelmektedir. 3D baskı ayrıca katman katman bir süreçle bilgisayar destekli üretimi kolaylaştırır, böylece gerçek doku mimarilerini taklit etmek için karmaşık geometrilerin hızlı, doğru ve tekrarlanabilir bir şekilde inşasını sağlar. 3D MPS'ler için mevcut üretim stratejilerinin avantajlarına ek olarak, kanser ilerlemesinin patofizyolojik özellikleri biyokimyasal, hücresel ve biyofiziksel bileşenlerin desenlenerek çoğaltılabilir13,14.
Burada, katı bir kanserin heterojenliğini yeniden yakalamak için çip üzerinde hipoksik bir kanser için 3D hücre baskı stratejisi sunuyoruz (Şekil 1)15. İmalat parametreleri, sistemdeki merkezi hipoksi oluşumunun hesaplamalı simülasyoni ile belirlendi. Kanser-stroma eşmerkezli halkalar, bir tür katı kanser olan glioblastom patofizyolojisini taklit etmek için glioblastom hücreleri ve endotel hücreleri içeren kollajen biyoinksler kullanılarak basıldı. Radyal oksijen gradyanı oluşumu kanser malignitesini ağırlaştırarak saldırganlığın güçlendiğini gösterir. Ayrıca, çipin hastaya özgü preklinik modellere uygulamaları için gelecekteki perspektifleri belirtiyoruz. Katı-kanser-mimetik mikrofizyolojik sistem oluşturmak için önerilen yaklaşımın in vivo ve in vitro kanser modelleri arasındaki boşluğu kapatması beklenmiştir.

<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

Kanser mikroçevrişiminin hastalığın ilerlemesi üzerinde önemli bir etkisi vardır. Özellikle, hipoksi kanser sağkalım, istila ve chemoresistance anahtar sürücüdür. Hipoksi ile ilgili kanser patolojisini incelemek için çeşitli in vitro modeller geliştirilmiş olmasına rağmen, in vivo olarak gözlenen kanser mikroçevriciliğinin karmaşık etkileşimi, hassas mekansal kontrol eksikliği nedeniyle henüz çoğaltılamamıştır. Bunun yerine, kanser ekolojisinin daha iyi öykünmesi ve doğru antikanser tedavi değerlendirmesi için mikrofizyolojik sistemler oluşturmak için 3D biyofabrikasyon yaklaşımları önerilmiştir. Burada, çip üzerinde hipoksik bir kanser imal etmek için 3D hücre baskı yaklaşımı öneriyoruz. Çipteki hipoksiyi indükleyen bileşenler, oksijen dağılımının bilgisayar simülasyonundan yola çıkarak belirlendi. Kanser-stroma eşmerkezli halkaları, bir tür katı kanseri nüksetlemek için glioblastom hücreleri ve endotel hücreleri içeren biyoinksler kullanılarak basılmıştır. Elde edilen çip, temsili patofizyolojik belirteçlerin oluşumu ile kanserde merkezi hipoksi ve ağırlaştırılmış maligniteyi fark etti. Genel olarak, katı-kanser-mimetik mikrofizyolojik sistem oluşturmak için önerilen yaklaşımın, kanser araştırmaları için in vivo ve in vitro modeller arasındaki boşluğu kapatması beklenmiştir.

Çip üzerindeki hipoksik kanser, hipoksi ve kanserle ilgili patolojiyi yeniden canlandırmak için bilgisayar destekli 3D hücre baskı teknolojisi kullanılarak geliştirilmiştir (Şekil 1). Oksijen taşıma ve tüketimi 3D geometri modeli kullanılarak simüle edildi. Çip, kanser dokularında radyal oksijen difüzyonunu ve tükenmesini taklit etmek için eşmerkezli halkalar şeklinde tasarlanmıştır (Şekil 2A). Oksijenin...

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

Hipoksi tümör mikroçevriminin ayırt edici özelliğidir ve kanserin ilerlemesinde çok önemli bir rol oynar. Bu makalede, hipoksiye bağlı bir kanser patolojisini yeniden canlandırmak için 3D hücre baskı teknolojisine dayanan çip üzerinde hipoksik bir kanserin fabrikasyon süreci açıklanmaktadır.

Katı Kanserin Patolojik İlerlemesinin Yeniden Kapsüllenilmesi için Çip Üzerinde 3D Hücre Baskılı Hipoksik Kanser

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

Hipoksi, genomik instabilite ve tümörjeneze neden olan kanser gelişiminin önemli bir itici sürücüsüdür. 3D biyobaskı teknolojisine dayalı katı kanser in vitrounda merkezi hipoksi üretmek için bir yöntem gösteriyoruz. Bu yöntem kullanılarak, bir radyo hipoksik gradyan, 3D baskılı gaz geçirgen bariyeri ve bir cam kapağı birleştiren basit bir strateji kullanılarak çoğaltılabilir.Çip üzerindeki bu hipoksik kanser teknolojisi, hastaya özgü antikanser ilaç reçetesini kolaylaştırmak için ilaç etkinliğini tahmin etmek için kullanılabilir. Ayrıca agresif kanserlerin hızlı bir şekilde teşhis edilmesini sağlaması bekleniyor. Üç mililitre nötralize kollajen pre-jel çözeltisinin hazırlanmasına yardımcı olmak için, 30 miligram kollajen süngeri beş milimetre kare parçalar halinde kesin.Parçaları steril 10 mililitrelik bir cam şişeye yerleştirin ve dört santigrat derecede üç günlük bir inkübasyon ve dakikada 15 devir için şişeye 2,4 mililitre 0,2 mikron şırınga filtresi 0,1 normal hidroklorik asit ekleyin. Sindirimden sonra, sindirilmemiş kollajen parçacıklarını 40 mikron hücreli bir süzgeçten süzün ve asidik kollajen çözeltisini yedi güne kadar dört santigrat derecede saklayın. %1 nötralize kollajen pre-jel çözeltisinin pH'ını ayarlamak için, 1% nihai konsantrasyona 30 mikrolitre fenol kırmızı çözeltisi ve 10X PBS'nin 300 mikrolitresini% 10'luk nihai konsantrasyona ekleyin Karıştırma ve santrifüjlemeden sonra, pH'ı yediye nötralize etmek için bir normal sodyum hidroksit kullanın, renk değişimini doğrulayın ve toplam üç mililitre hacim elde etmek için damıtılmış su ekleyin.Ardından pH ayarlı %1 nötralize kollajen pre-jel çözeltisini üç gün içinde kullanılmak üzere dört santigrat derecede saklayın. Nötralize kollajen pre-jel çözeltisinin jelasyonunu önceden kontrol etmek için, küçük bir kaba 50 mikrolitre kollajen damlacık eklemek ve damlacıkları 37 santigrat derecelik bir inkübatörde bir saat kuluçkaya yatırmak için pozitif bir deplasman pipet kullanın. Kuluçkanın sonunda, kolajenin şeffaf bir renkten opak beyaza değişip değişmediğini kontrol edin.Kollajenin kabın altına yapışdığını onaylamak için kabı eğin. Ve kolajen yapının çözeltide kırılmadığını onaylamak için PBS'yi damlacık üzerine dökün. Kurbanlık PEVA kalıbının 3D baskısı için, Dosya'yı tıklatın ve dosya türünü STL olarak kaydedin, 3D CAD dosyasını bir STL dosyasına dönüştürün ve G kodunu oluşturmak için Seçenek ve çıktı formunu ASCII olarak tıklatın.Oluşturulan STL dosyasını almak için Dosya'yı tıklatın ve STL dosyasını açın ve kaydedilen STL dosyasını seçin. Kurbanlık PEVA kalıbının G kodunu otomatik olarak oluşturmak için STL-CAD eşanjörünün dilim modelini seçin. Daha sonra talaş imalatı için baskı yolları oluşturmak için, kurban peva kalıbını steril yapışkan hidrofilik histoloji slaydına yazdırmak için 110 santigrat derecede 500 kilopaskal pnömatik basınçta 50 ölçer hassas nozül kullanın.PDMS bariyerini dökmek için, plastik bir rezervuarda beş dakika boyunca altı mililitre PDMS taban elastomeri ve 600 mikrolitre kürleyici maddeyi karıştırdı ve homojen bir şekilde karıştırılmış çözeltiyi 10 mililitrelik tek kullanımlık bir şırıngaya yükleyin. Şırınnayı 20 kalibrelik plastik konik dağıtım ucu ile donatın ve kurbanlık PEVA kalıbını harmanlanmış PDMS çözeltisi ile doldurun. Harmanlanmış PDMS, bu kurbanlık PEVA kalıbını dışbükey bir yüzeyle dolduracak ve bariyer kalıbınkinden daha yüksek olacaktır.PEVA'nın erimesini önlemek için PDMS bariyerini 40 santigrat derece fırında 36 saatten fazla kür ettikten sonra, kurban peva kalıbını ayırmak ve gaz geçirgen bariyerini bir otoklavda 120 santigrat derecede sterilize etmek için bir çift hassas cımbız kullanın. Çözeltiyi kanser hücreleriyle karıştırmak için, toplanan her hücre peletini 20 mikrolitrelik kültür ortamında yeniden biriktirin ve ıslak buzdaki yeniden sulandırılmış hücre süspansiyonlarının her birine bir mililitre nötralize kollajen ön jel çözeltisi ekleyin. Her hücre süspansiyonu karıştırmak için pozitif bir deplasman pipeti kullanın.Homojen çözeltiler elde edildiğinde, hücre kapsüllenmiş kollajen biyoinkslerini tek tek üç mililitre tek kullanımlık şırınglara aktarmak ve şırıngları 3D hücre baskısına kadar dört santigrat derecede saklamak için pozitif bir tek kullanımlık pipet kullanın. Kanser-stroma eşmerkezli halkaların 3D baskısı için, uygun 3D CAD dosyasını bir STL dosya formatına dönüştürün ve kanser-stroma eşmerkezli halkaların G kodunu oluşturmak için bir STL-CAD eşanjörü kullanın. Hücre kapsüllü kollajen biyoinkslerini 3D yazıcı kafasına yükleyin ve kafa ve plaka sıcaklığını 15 santigrat dereceye ayarlayın.Oluşturulan baskı yolunu 3D yazıcının kontrol yazılımına yükleyin ve kollajen biyoinkslerini 15 santigrat derecede yaklaşık 20 kilopaskal pnömatik basınçta 18 kalibrelik plastik iğne ile yüklü G koduna göre gaz geçirgen bariyerine yazdırmak için Başlat'ı tıklatın. Her baskı işleminin sonunda, hipoksik gradyanı oluşturmak için gaz geçirgen bariyerinin üzerine manuel olarak sterilize edilmiş 22 ila 50 milimetre cam kapak yerleştirin. Üç hipoksik kanser çipi ürettikten sonra, kollajen biyoinkslerini çapraz bağlamak için çipleri bir saat boyunca 37 santigrat derece inkübatöre aktarın.Tüm hipoksik kanser-on-a-çipler basıldığında, kapak camlarını sıkı yapıştırma için bir hücre kazıyıcı ile gaz geçirgen bariyerlerinin üzerine hafifçe sürün. Kanser yapısını ayırmadan hücre kültürünü cipslere yenilemek için, çipleri eğin ve her çipin yanına 1,5 mililitre endotel hücre büyüme ortamı tanıtmak için bir pipet kullanın. Çip üzerindeki hipoksik kanser, kanser dokularında gözlenen radyal oksijen difüzyonunu ve tükenmesini taklit etmek için eşmerkezli halkalar şeklinde tasarlanmıştır.Oksijenin hücreler tarafından dağınık ve tüketilmekte olduğu bir alanın kontrol hacmi belirlendikten sonra, hesaplamalı sonlu eleman analizi ile merkezi hipoksi üretimi için uygun bir hücresel yoğunluk belirlenebilir. 3D hücre baskısı üzerine, katı kanserin anatomik özelliklerini yeniden üretmek için bölümlere ayrılmış bir kanser-stroma eşmerkezli halka yapısı oluşturulabilir. Nicel olarak, baskı sonrası hücre canlılığı tipik olarak% 96'dan fazladır ve üretim koşullarının kanser ve stromal hücreler için uygun olduğunu doğrular.Bu temsili analizde, hipoksik gradyanın kanser ilerlemesi üzerindeki etkilerini doğrulamak için oksijen gradyanının varlığına ve yokluğuna göre iki grup karşılaştırıldı. Her iki koşulda da periferik bölgelerde olgun CD31 pozitif endotel hücreleri mevcuttu ve bu da mekansal olarak desenli yaşam yapılarının 3D biyobaskı teknolojisi kullanılarak üretildiğini gösteriyordu. Oksijen gradyanı negatif durumu ile karşılaştırıldığında, gradyan pozitif durumu HIF1 alfanın kademeli ekspresyonunun gösterdiği hipoksik bir gradyan göstermiştir.SHMT2 pozitif psödomalisaded hücreler ve SOX2 pozitif pluripotent hücreler de gözlendi, bu da katı kanserin agresif patofizyolojik özelliklerinin varlığını gösterdi. Çip üzerindeki hipoksik kanser, katı kanserlerin patofizyolojik özelliklerini ve kanser hücreleri ile mikroçevrimi destekleyen tümörogenez arasındaki dinamik çapraz sapı araştırmak için yararlı bir araçtır. Metodoloji makul bir zaman diliminde hastaya özgü bir ilaç tasarımına uyarlanabilebildiğinden, bu yaklaşımın in vivo ve in vitro kanser modelleri arasındaki boşluğu kapatması beklenebilir.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Tracking Hypoxic Signaling within Encapsulated Cell Aggregates

Encapsulated Hücre Agregalar içinde Takip Hipoksik Sinyalizasyonu

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

Solid-state Nanopores ile izlenmesi Protein Adsorpsiyon

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

3D Hücre Kültürü Modelleri Kütle Spektrometre Görüntüleme Hazırlık Stratejileri Numune

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

Katı Lipit nanopartiküller (SLNs) Hücre içi Hedefleme için başvurular

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

Bir Yakın Kızılötesi Photoimmunotherapy Tekniği Karışık 3D Kültür seçici hücre Eliminasyon

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

3D Etkileşimleri Çalışmaları 3D Kollajen jeller ve Mikrokanallarda Hazırlanması<em&gt; İn 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 ve 3D mikrodamarlar Meclisi

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

Dinamik 3D Periton microdevice Modelleme Yumurtalık Kanseri Multisellüler Sfero Davranış

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 kıkırdak ve cilt doku analogları bir roman pasif birimi teknik Bioink Precellularization için karıştırma kullanmak

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

Katı, sabit ve lekeli, genel olarak, milimetre ölçekli örnekler için bölüm ücretsiz 3D Histoloji mikro bilgisayarlı tomografi tarafından katıştırma

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 ...