Name: stepwise cell seeding on tessellated scaffolds to study sprouting blood vessels
Uploaded: 2021-01-14T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Stepwise Cell Seeding on Tessellated Scaffolds to Study Sprouting Blood Vessels at JoVE.com

تم دعم هذا البحث بتمويل من جامعة ميشيغان - الشراكة الإسرائيلية للبحوث. ويود المؤلفون أن يشكروا أوري ميردلر وليور ديبي وغاليا بن ديفيد على مساعدتهم ودعمهم الكبيرين، ونادين وانغ، والدكتوراه، وبيلار هيريرا - فييرو، والدكتوراه في مرفق لوري للإنشاءات النانوية في جامعة ميشيغان، وكذلك لويس سولوريو، دكتوراه في المناقشات المستنيرة لتقنيات التصوير الضوئي.

1. تيسلاتيد تصنيع السقالة
ملاحظة: التصوير الضوئي تقنية واسعة الانتشار تتطلب معدات متخصصة تقع عادة داخل منشأة/مختبر لتصنيع النانو. وقد تم تعميم الطريقة المنصوص عليها في هذا البروتوكول قدر الإمكان للجمهور؛ ومع ذلك، قد تكون هناك ضرورة لتغييرات طفيفة في الإجراءات اعتمادا على ال...

<ol>
	<li>Novosel, E. C., Kleinhans, C., Kluger, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vascularization+is+the+key+challenge+in+tissue+engineering.">Vascularization is the key challenge in tissue engineering.</a> Advanced Drug Delivery Reviews. 63 (4), 300-311 (2011).</li><li>Landau, S., Guo, S., Levenberg, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Localization+of+Engineered+Vasculature+within+3D+Tissue+Constructs.">Localization of Engineered Vasculature within 3D Tissue Constructs.</a> Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 6, 2 (2018).</li><li>Griffith, C. K., 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=Diffusion+Limits+of+an+in+Vitro+Thick+Prevascularized+Tissue.">Diffusion Limits of an in Vitro Thick Prevascularized Tissue.</a> Tissue Engineering. 11 (12), (2005).</li><li>Potente, M., Gerhardt, H., Carmeliet, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Basic+and+therapeutic+aspects+of+angiogenesis.">Basic and therapeutic aspects of angiogenesis.</a> Cell. 146 (6), 873-887 (2011).</li><li>Landau, S., 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=Tropoelastin+coated+PLLA-PLGA+scaffolds+promote+vascular+network+formation.">Tropoelastin coated PLLA-PLGA scaffolds promote vascular network formation.</a> Biomaterials. 122, 72-82 (2017).</li><li>Lesman, A., 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=Engineering+vessel-like+networks+within+multicellular+fibrin-based+constructs.">Engineering vessel-like networks within multicellular fibrin-based constructs.</a> Biomaterials. 32 (31), 7856-7869 (2011).</li><li>Richards, D., Jia, J., Yost, M., Markwald, R., Mei, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+Bioprinting+for+Vascularized+Tissue+Fabrication.">3D Bioprinting for Vascularized Tissue Fabrication.</a> Annals of Biomedical Engineering. 45 (1), 132-147 (2017).</li><li>Levenberg, S., 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=Engineering+vascularized+skeletal+muscle+tissue.">Engineering vascularized skeletal muscle tissue.</a> Nature Biotechnology. 23 (7), 879-884 (2005).</li><li>Rouwkema, J., Khademhosseini, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vascularization+and+Angiogenesis+in+Tissue+Engineering:+Beyond+Creating+Static+Networks.">Vascularization and Angiogenesis in Tissue Engineering: Beyond Creating Static Networks.</a> Trends in Biotechnology. 34 (9), 733-745 (2016).</li><li>Miller, J. S., 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=Rapid+casting+of+patterned+vascular+networks+for+perfusable+engineered+three-dimensional+tissues.">Rapid casting of patterned vascular networks for perfusable engineered three-dimensional tissues.</a> Nature Materials. 11, (2012).</li><li>Gariboldi, M. I., Butler, R., Best, S. M., Cameron, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineering+vasculature+Architectural+effects+on+microcapillary-like+structure+self-assembly.">Engineering vasculature Architectural effects on microcapillary-like structure self-assembly.</a> PLOS ONE. 14 (1), 1-13 (2019).</li><li>Blache, U., Guerrero, J., G&#252;ven, S., Klar, A. S., Scherberich, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microvascular+Networks+and+Models,+In+vitro+Formation.">Microvascular Networks and Models, In vitro Formation.</a> Vascularization for Tissue Engineering and Regenerative Medicine. , 1-40 (2018).</li><li>Wong, K. H. K., Chan, J. M., Kamm, R. D., Tien, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+Models+of+Vascular+Functions.">Microfluidic Models of Vascular Functions.</a> Annual Review of Biomedical Engineering. 14 (1), 205-230 (2012).</li><li>Jansen, K. A., Bacabac, R. G., Piechocka, I. K., Koenderink, G. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cells+actively+stiffen+fibrin+networks+by+generating+contractile+stress.">Cells actively stiffen fibrin networks by generating contractile stress.</a> Biophysical Journal. 105 (10), 2240-2251 (2013).</li><li>Pollet, A. M. A. O., den Toonder, J. M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recapitulating+the+vasculature+using+Organ-on-Chip+technology.">Recapitulating the vasculature using Organ-on-Chip technology.</a> Bioengineering. 7 (1), (2020).</li><li>Hasan, A., 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=Microfluidic+techniques+for+development+of+3D+vascularized+tissue.">Microfluidic techniques for development of 3D vascularized tissue.</a> Biomaterials. 35 (26), 7308-7325 (2014).</li><li>Jordahl, J. H., 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=3D+Jet+Writing:+Functional+Microtissues+Based+on+Tessellated+Scaffold+Architectures.">3D Jet Writing: Functional Microtissues Based on Tessellated Scaffold Architectures.</a> Advanced Materials. 30 (14), 1707196 (2018).</li><li>Gauvin, R., 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=Microfabrication+of+complex+porous+tissue+engineering+scaffolds+using+3D+projection+stereolithography.">Microfabrication of complex porous tissue engineering scaffolds using 3D projection stereolithography.</a> Biomaterials. 33 (15), 3824-3834 (2012).</li><li>Coscoy, S., 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=Microtopographies+control+the+development+of+basal+protrusions+in+epithelial+sheets.">Microtopographies control the development of basal protrusions in epithelial sheets.</a> Biointerphases. 13 (4), 041003 (2018).</li><li>Kaplan, B., 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=Rapid+prototyping+fabrication+of+soft+and+oriented+polyester+scaffolds+for+axonal+guidance.">Rapid prototyping fabrication of soft and oriented polyester scaffolds for axonal guidance.</a> Biomaterials. , (2020).</li><li>Steier, A., Mu&#241;iz, A., Neale, D., Lahann, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emerging+Trends+in+Information-Driven+Engineering+of+Complex+Biological+Systems.">Emerging Trends in Information-Driven Engineering of Complex Biological Systems.</a> Advanced Materials. 31 (26), 11806898 (2019).</li><li>Szklanny, A. A., 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=High-Throughput+Scaffold+System+for+Studying+the+Effect+of+Local+Geometry+and+Topology+on+the+Development+and+Orientation+of+Sprouting+Blood+Vessels.">High-Throughput Scaffold System for Studying the Effect of Local Geometry and Topology on the Development and Orientation of Sprouting Blood Vessels.</a> Advanced Functional Materials. , 1901335 (2019).</li><li>Welti, J., Loges, S., Dimmeler, S., Carmeliet, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+molecular+discoveries+in+angiogenesis+and+antiangiogenic+therapies+in+cancer.">Recent molecular discoveries in angiogenesis and antiangiogenic therapies in cancer.</a> Journal of Clinical Investigation. 123 (8), 3190-3200 (2013).</li><li>Gui, L., Niklason, L. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vascular+Tissue+Engineering:+Building+Perfusable+Vasculature+for+Implantation.">Vascular Tissue Engineering: Building Perfusable Vasculature for Implantation.</a> Current Opinion in Chemical Engineering. 3, 68-74 (2014).</li><li>Blache, U., Ehrbar, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inspired+by+nature:+Hydrogels+as+versatile+tools+for+vascular+engineering.">Inspired by nature: Hydrogels as versatile tools for vascular engineering.</a> Advances in Wound Care. 7 (7), 232-246 (2018).</li><li>Cochrane, A., 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=Advanced+in+vitro+models+of+vascular+biology:+Human+induced+pluripotent+stem+cells+and+organ-on-chip+technology.">Advanced in vitro models of vascular biology: Human induced pluripotent stem cells and organ-on-chip technology.</a> Advanced Drug Delivery Reviews. 140, 68-77 (2019).</li><li>Nemani, K. V., Moodie, K. L., Brennick, J. B., Su, A., Gimi, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+and+in+vivo+evaluation+of+SU-8+biocompatibility.">In vitro and in vivo evaluation of SU-8 biocompatibility.</a> Materials Science &amp; Engineering. C, Materials for Biological Applications. 33 (7), 4453-4459 (2013).</li><li>Mathew, R., Ravi Sankar, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Review+on+Surface+Stress-Based+Miniaturized+Piezoresistive+SU-8+Polymeric+Cantilever+Sensors.">A Review on Surface Stress-Based Miniaturized Piezoresistive SU-8 Polymeric Cantilever Sensors.</a> Nano-Micro Letters. 10 (2), 1-41 (2018).</li><li>Knowlton, S., Yenilmez, B., Anand, S., Tasoglu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photocrosslinking-based+bioprinting:+Examining+crosslinking+schemes.">Photocrosslinking-based bioprinting: Examining crosslinking schemes.</a> Bioprinting. 5, 10-18 (2017).</li><li>Redd, M. A., 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=Patterned+human+microvascular+grafts+enable+rapid+vascularization+and+increase+perfusion+in+infarcted+rat+hearts.">Patterned human microvascular grafts enable rapid vascularization and increase perfusion in infarcted rat hearts.</a> Nature Communications. 10 (1), 1-14 (2019).</li><li>Zhu, Y., 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=SU-8+Photoresist.">SU-8 Photoresist.</a> Encyclopedia of Nanotechnology. , 2530-2543 (2012).</li><li>Zheng, F., 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=Organ-on-a-Chip+Systems:+Microengineering+to+Biomimic+Living+Systems.">Organ-on-a-Chip Systems: Microengineering to Biomimic Living Systems.</a> Small. 12 (17), 2253-2282 (2016).</li><li>Freiman, A., 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=Adipose-derived+endothelial+and+mesenchymal+stem+cells+enhance+vascular+network+formation+on+three-dimensional+constructs+in+vitro.">Adipose-derived endothelial and mesenchymal stem cells enhance vascular network formation on three-dimensional constructs in vitro.</a> Stem Cell Research &amp; Therapy. 7 (1), 5 (2016).</li><li>van Duinen, V., 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=Perfused+3D+angiogenic+sprouting+in+a+high-throughput+in+vitro+platform.">Perfused 3D angiogenic sprouting in a high-throughput in vitro platform.</a> Angiogenesis. 22 (1), 157-165 (2019).</li><li>Nguyen, D. -. H. T., 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=Biomimetic+model+to+reconstitute+angiogenic+sprouting+morphogenesis+in+vitro.">Biomimetic model to reconstitute angiogenic sprouting morphogenesis in vitro.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 110 (17), 6712-6717 (2013).</li><li>Nashimoto, Y., 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=Integrating+perfusable+vascular+networks+with+a+three-dimensional+tissue+in+a+microfluidic+device.">Integrating perfusable vascular networks with a three-dimensional tissue in a microfluidic device.</a> Integrative Biology. 9 (6), 506-518 (2017).</li><li>Rosenfeld, D., 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=Morphogenesis+of+3D+vascular+networks+is+regulated+by+tensile+forces.">Morphogenesis of 3D vascular networks is regulated by tensile forces.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113 (12), 3215-3220 (2016).</li><li>Neto, F., 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=and+TAZ+regulate+adherens+junction+dynamics+and+endothelial+cell+distribution+during+vascular+development.">and TAZ regulate adherens junction dynamics and endothelial cell distribution during vascular development.</a> bioRxiv. , 174185 (2017).</li></ol>

الحاجة إلى الأوعية الدموية الغنية داخل جزءا لا يتجزأ من الأنسجة المهندسة أمر بالغ الأهمية لبناء البقاء على قيد الحياة والوظيفة المناسبة1. على الرغم من أن هندسة نظام الأوعية الدموية كانت محور كمية كبيرة من البحوث ، إلا أنه لم يتبق الكثير للتحقيق وفهم24. على وجه الخ?...

مجال هندسة الأنسجة يتقدم بسرعة نحو تصنيع البنى الهندسية لتحل محل الأعضاء والأنسجة المفقودة أو التالفة1. ومع ذلك، لم يتم بعد تحقيق البنى الوظيفية بالكامل، جزئيا، لأن إنشاء شبكات الأوعية الدموية التشغيلية لتغذية الأنسجة لا يزال تحديا بارزا. دون الأوعية الدموية المناسبة، تقتصر الأنسجة المهندسة على نقل الانتشار السلبي للأوكسجين والمواد المغذية، وتقييد سمك الأنسجة قابلة للحياة القصوى إلى حد الانتشار، ما يقرب من 200 ميكرومتر2. هذه السماكة ليست مناسبة لإصلاح عيوب الأنسجة الكبيرة أو لتصنيع الأعضاء الكاملة ، مما يجعل وجود شبكة الأوعية الدموية الوظيفية سمة إلزامية للأنسجة الوظيفية والغرسة3.
يتكون نظام الأوعية الدموية من مجموعة واسعة من الأوعية الدموية ، مع أحجام مختلفة ، والأنماط الظاهرية ، والتنظيم ، ترتبط ارتباطا وثيقا بالأنسجة المضيفة. فهم السلوك والاستجابة وقرارات الهجرة التي تتخذها السفن النامية وتنبت يمكن أن يرشد اندماجها في الأنسجة المهندسة4. حاليا، النهج الأكثر شيوعا لإنشاء شبكات الأوعية الدموية في المختبر هو الجمع بين الخلايا البطانية (ECs) مع خلايا الدعم (SCs، مع القدرة على التفريق إلى خلايا جدارية)، بذر داخل بيئة صغيرة ثلاثية الأبعاد. توفر هذه البيئة إشارات كيميائية ومادية للسماح للخلايا بإرفاق الخلايا وتكاثرهاوتجميعها ذاتيا في شبكات السفن2و5و6و7و8. عندما تشارك في زراعة، SCs تفرز البروتينات مصفوفة خارج الخلية (ECM) مع توفير الدعم الميكانيكي لECs، والتي تشكل الهياكل الأنبوبية. وعلاوة على ذلك، فإن التفاعل المتبادل بين كلا النوعين من الخلايا يعزز تكوين الأنابيب، وتنبت الأوعية والهجرة، بالإضافة إلى نضوج SCs والتمايز إلى خلايا جدارية α الملساء للعضلات (αSMA)4. تتم دراسة تطوير شبكة السفن الأكثر شيوعا في بيئات ثلاثية الأبعاد تم إنشاؤها باستخدام الهيدروجيلات أو السقالات البوليمرية المسامية أو مزيج منها. يوفر الخيار الأخير بيئة صديقة للخلايا والدعم الميكانيكي المطلوب لكل من الخلايا و ECM9.
وقد تم تنفيذ قدر كبير من العمل لدراسة تطور الأوعية الدموية، بما في ذلك المشاركة في زراعة الخلايا علىالهيدروجيلس 10،hydrogels-سقالة تركيبات11،12،منصات 2D، والأجهزة microfluidic13. ومع ذلك، يمكن أن تشوه الهيدروجيل بسهولة من قبل القوات التي تمارسها الخلية14،في حين أن أنظمة 2D وmicrofluidics تفشل في إعادة بيئة أقرب إلى الطبيعة للحصول على استجابة أكثر استقراء15،16. ويمكن أن يوفر فهم كيفية تفاعل السفن المشكله مع بيئتها المحيطة رؤية حاسمة قد تسمح بتلفيق بيئات هندسية مع القدرة على توجيه تطور السفينة بطريقة يمكن التنبؤ بها. فهم ظواهر تكوين الأوعية الدموية أمر بالغ الأهمية بشكل خاص لمواكبة الظهور السريع لتقنيات التصنيع من تحت الميكرون إلى ميكرون ، مثل التصوير الحجري المجسم ، والطباعة الحجرية الرقمية الإسقاط ، وإنتاج واجهة السائل المستمر ، والكتابة النفاثة ثلاثية الأبعاد ، والحل القائم على الكتابة النفاثة الكهربائية ثلاثية الأبعاد ، وتقنيات الطباعة الحيوية الناشئة17و18و19و20و21. إن مواءمة التحكم في تقنيات التصنيع الدقيق هذه مع فهم عميق لبيولوجيا الأوعية الدموية هو المفتاح لإنشاء الأوعية الدموية المهندسة المناسبة للأنسجة المستهدفة.
هنا، نقدم نظام 3D لدراسة استجابة السفن تشكيل وتنتشر جديدة لهندسة السقالة المحيطة بها، ومراقبة أصلها تنبت والهجرة اللاحقة22. من خلال استخدام السقالات ثلاثية الأبعاد مع هندسة المقصورة تيسلاتيد ، وتقنية البذر من خطوتين ، نجحنا في إنشاء شبكات الأوعية الدموية عالية التنظيم بطريقة واضحة وسهلة التحليل. توفر الهندسة تيسلاتيد نظام الإنتاجية العالية مع وحدات فردية تحتوي على السفن التي تستجيب لبيئتهم المحلية. باستخدام ECs متعددة الألوان ، تتبعنا أصول تكوين البراعم وأنماط الهجرة اللاحقة ، المرتبطة بهندسة المقصورة وموقع SCs22.
على الرغم من أن البروتوكول المقترح قد تم إعداده لتحليل آثار الإشارات الهندسية على سلوك الأوعية الدموية ، إلا أنه يمكن توسيع هذا النهج وتطبيقه على مجموعة متنوعة من التطبيقات الجديدة. تسمح السقالة تيسلاتيد والشبكات القابلة للصور بسهولة بإجراء تحليل مباشر لمختلف تفاعل ECs و SCs ، وإضافة خلايا عضوية محددة وتفاعلها مع شبكات الأوعية الدموية ، وتأثير الدواء على شبكات الأوعية الدموية ، وأكثر من ذلك. لدينا نتائج النظام المقترح تنوعا للغاية وتصنيع بسيطة وتجهيز.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Angiotool freeware</td>
			<td>NIH-CCR</td>
			<td></td>
			<td>Free download at https://ccrod.cancer.gov/confluence/display/ROB2/Home</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine albumin serum Probumin</td>
			<td>Millipore</td>
			<td>82-045-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dental pulp stem cells</td>
			<td>Lonza</td>
			<td>PT-5025</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ECM media + bullet kit</td>
			<td>Sciencell</td>
			<td>#1001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol 96%</td>
			<td>Gadot-Group</td>
			<td>64-17-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Evicel fibrin sealant</td>
			<td>Johnson&#38;Johnson</td>
			<td>EVB05IL</td>
			<td>Provides both thrombin and fibrinogen (BAC2) solutions</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GlutaMAX</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>35050061</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-mouse Cy3 antibody</td>
			<td>Jackson</td>
			<td>115-166-072</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-rabbit Alexa-Fluor 488</td>
			<td>Thermo- Fisher Scientific</td>
			<td>A11034</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Human adipose microvascular cells</td>
			<td>Sciencell</td>
			<td>#7200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Human fibronectin</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>F0895-5MG</td>
			<td>Stock concentration: 1 mg/mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ImageJ</td>
			<td>NIH</td>
			<td></td>
			<td>Free download at https://imagej.nih.gov/ij/download.html</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropyl alcohol</td>
			<td>Gadot-Group</td>
			<td>67-63-0</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lift-off reagent</td>
			<td>Kayaku Advanced Materials, Inc</td>
			<td>G112850</td>
			<td>Commercial name Omnicoat</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Low-glucose DMEM</td>
			<td>Biological Industries</td>
			<td>01-050-1A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse anti-SMA antibody</td>
			<td>Dako</td>
			<td>M0851</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NEAA</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>11140068</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paraformaldehyde solution 4% in PBS</td>
			<td>ChemCruz</td>
			<td>SC-281692</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin-Streptomycin-Nystatin Solution</td>
			<td>Biological Industries</td>
			<td>03-032-1B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phospate buffered saline (PBS)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>P5368-10PAK</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rabbit anti-vWF antibody</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab9378</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicon wafer</td>
			<td>Silicon Valley Microelectronics (SVM)</td>
			<td></td>
			<td>Wafers 4&#34;, Type N-1-10, 500-550 microns thick</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SU-8 2050 photoresist</td>
			<td>Kayaku Advanced Materials, Inc</td>
			<td>Y11058</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SU-8 developer</td>
			<td>Kayaku Advanced Materials, Inc</td>
			<td>Y020100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tryton-X 100</td>
			<td>BioLab LTD</td>
			<td>57836</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

stepwise cell seeding on tessellated scaffolds to study sprouting blood vessels

نظام القلب والأوعية الدموية هو لاعب رئيسي في فسيولوجيا الإنسان، وتوفير الغذاء لمعظم الأنسجة في الجسم. الأوعية موجودة في أحجام مختلفة، والهياكل، والأنماط الظاهرية، والأداء اعتمادا على كل نسيج معين perfused. يعتمد مجال هندسة الأنسجة، الذي يهدف إلى إصلاح أو استبدال أنسجة الجسم التالفة أو المفقودة، على تكوين الأوعية الدموية الخاضع للرقابة لخلق الأوعية الدموية المناسبة داخل الأنسجة المهندسة. بدون نظام الأوعية الدموية ، لا يمكن تغذية البنى الهندسية السميكة بما فيه الكفاية ، مما قد يؤدي إلى موت الخلايا ، وسوء الحرمان ، والفشل في نهاية المطاف. وبالتالي ، فإن فهم ومراقبة سلوك الأوعية الدموية المهندسة هو تحد بارز في هذا المجال. يقدم هذا العمل نظام إنتاجية عالية يسمح بإنشاء شبكات سفن منظمة وقابلة للتكرار لدراسة سلوك السفن في بيئة سقالة ثلاثية الأبعاد. يظهر بروتوكول البذر هذا ذو الخطوتين أن الأوعية داخل النظام تتفاعل مع تضاريس السقالة ، وتقدم سلوكيات مميزة تنبت اعتمادا على هندسة المقصورة التي تتواجد فيها السفن. يمكن تطبيق النتائج التي تم الحصول عليها وفهم من هذا النظام الإنتاجي العالي من أجل إبلاغ تصاميم بناء سقالة ثلاثية الأبعاد ذات طباعة بيولوجية أفضل ، حيث لا يمكن تقييم تصنيع مختلف الأشكال الهندسية ثلاثية الأبعاد بسرعة عند استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد كأساس للبيئات البيولوجية الخلوية. وعلاوة على ذلك، يمكن استخدام الفهم من هذا النظام الإنتاجي العالي لتحسين الفحص السريع للأدوية، والتطور السريع لنماذج الثقافات المشتركة، والتحقيق في المحفزات الميكانيكية على تكوين الأوعية الدموية لتعميق المعرفة بنظام الأوعية الدموية.

البروتوكول المقدم، وذلك باستخدام تقنيات التصوير المجسم، يسمح لتصنيع السقالات تيسلاتيد مصنوعة من SU-8 الضوئي. تم الحصول على السقالات مع هندسات مقصورة متميزة (المربعات ، السداسي ، والدوائر) ، وميزات دقيقة للغاية وقابلة للتكرار(الشكل 1).
<p class="jove_content" fo:keep-tog...

Watch this Scientific Journal Video about Stepwise Cell Seeding on Tessellated Scaffolds to Study Sprouting Blood Vessels at JoVE.com

Stepwise Cell Seeding on Tessellated Scaffolds to Study Sprouting Blood Vessels

تعتمد الأنسجة المهندسة بشكل كبير على شبكات الأوعية الدموية المناسبة لتوفير العناصر الغذائية والغازات الحيوية وإزالة النفايات الأيضية. في هذا العمل، يخلق بروتوكول البذر التدريجي للخلايا البطانية وخلايا الدعم شبكات الأوعية الدموية عالية التنظيم في منصة عالية الإنتاجية لدراسة تطوير سلوك الأوعية في بيئة ثلاثية الأبعاد خاضعة للرقابة.

البذر الخلايا Stepwise على السقالات تيسلاتيد لدراسة الأوعية الدموية تنبت

The cardiovascular system is a key player in human physiology, providing nourishment to most tissues in the body; vessels are present in different sizes, ...

يسمح بروتوكولنا للباحثين بدراسة عملية تكوين شبكة الأوعية بطريقة واضحة ويمكن تعقبها بسهولة ، مما يفتح الأبواب أمام دراسات جديدة ويلقي الضوء على سلوك الأوعية الدموية. هذه التقنية تقدم إمكانية إنشاء شبكات الأوعية الدموية عالية التنظيم والتكرار مع الاستجابة للبيئة المحيطة بها. يمكن استرجاع الخلايا البطانية من المرضى الذين يعانون من مرض الأوعية الدموية في استخدام هذا النظام ، مما يجعل من الممكن إعادة إنشاء أمراض الأوعية الدموية وإيجاد العلاج المناسب.يمكن توسيع الطريقة المقترحة لدراسة سلوك شبكة الأوعية الدموية عند إقرانها بأنواع مختلفة من الخلايا ، مما يسمح بمراقبة تفاعل الأوعية النامية مع نوع معين من الأنسجة. تبدأ بغمر السقالات في الإيثانول 70٪ لمدة لا تقل عن 15 دقيقة، ثم غسلها مرتين في برنامج تلفزيوني. مزيج 1.5 ميكرولتر من محلول الأسهم فيبروكتين مع 28.5 ميكرولتر من برنامج تلفزيوني لكل سقالة لتكون المصنف.إعداد واحد فيبروكتين تخفيف لاستخدامها لجميع السقالات لتجنب أخطاء pipetting. ضع السقالات بشكل متفرق فوق سطح كاره للماء وقم بتغطية كل سقالة ب 30 ميكرولتر من تخفيف فيبروكتين. استبدل غطاء اللوحة وضع السقالات المغطاة بالفيبروكتين في حاضنة تعيين إلى 37 درجة مئوية والرطوبة 100٪ لمدة ساعة واحدة على الأقل.بعد الحضانة، شطف طفيفة السقالات في برنامج تلفزيوني لإزالة بقايا فيبروكتين. يمكن الاحتفاظ السقالات في برنامج تلفزيوني في أربع درجات مئوية لمدة تصل إلى أسبوع. إعداد الخلية البطانية أو المتوسطة EC عن طريق خلط المتوسط القاعدي مع مكونات عدة المتوسطة المقابلة, بما في ذلك محلول مضاد حيوي, FBS, ومكملات نمو الخلايا البطانية كما هو مبين من قبل الشركة المصنعة.جعل تعليق الخلايا البطانية الأوعية الدموية الدقيقة الدهنية الإنسان في المتوسط EC مع تركيز أربعة ملايين خلية لكل ملليلتر. باستخدام ملقط، ضع سقالة واحدة مغلفة فيبروكتين لكل بئر في لوحة غير TC 24-well. قم بتغطية كل سقالة ب 25 قطرة ميكرولتر من تعليق الخلية، مع التأكد من عدم السماح للتعليق بالتدفق بعيدا عن السقالة.ضع الغطاء على اللوحة وضعه في حاضنة عند 37 درجة مئوية، 5٪ ثاني أكسيد الكربون والرطوبة 100٪ لمدة 60 إلى 90 دقيقة. بعد الحضانة، ملء كل بئر مع 700 ميكرولتر من المتوسطة EC. احتضان السقالات البطانية حتى يمكن ملاحظة التقاء EC باستخدام المجهر الفلوري أو لمدة ثلاثة أيام.تغيير المتوسطة كل يومين. إعداد DPSC المتوسطة عن طريق خلط 500 ملليلتر من انخفاض الجلوكوز DMEM، 57.5 ملليلتر من FBS، 5.75 ملليلتر من الأحماض الأمينية غير الأساسية، 5.75 ملليلتر من الغلوتاماكس، و 5.75 ملليلتر من محلول البنسلين-ستريبتومايسين-نيستاتين. نقل السقالات البطانية إلى لوحة جديدة غير TC 24 جيدا.تجاهل جميع وسائل الإعلام من لوحة الحالية باستخدام ماصة أو شفط فراغ، مع الحرص على عدم تطبيق فراغ مباشرة إلى السقالة. ضع سقالة واحدة في وسط كل بئر، ثم جفف المنطقة المحيطة بها بفراغ خفيف. تمييع thrombin وحلول الأسهم الفيبرينوجين مع برنامج تلفزيوني إلى تركيز النهائي من خمس وحدات لكل ملليلتر و 15 ملليغرام لكل ملليلتر على التوالي.إعداد ثمانية ملايين DPSC لكل تعليق ملليلتر في تخفيف الثرومبين وتوزيع 12.5 ميكرولتر من التعليق في الأنابيب الصغيرة الفردية لكل سقالة ليتم بذرها. تعيين ماصة 5-50 ميكرولتر إلى 12.5 ميكرولتر وملئه بمحلول الفيبرينوجين. دون إزالة طرف، تعيين ماصة إلى 25 ميكرولتر.يجب أن ترتفع المادة الموجودة في الطرف وتترك حجما فارغا. اضغط ببطء على زر المكبس حتى يصل السائل إلى فتحة الطرف ، ولكن لا يتسرب. عقد المكبس في هذا الموقف ووضع غيض في واحدة من أنابيب الطرد الدقيق التي تحتوي على الخلايا في تعليق الثرومبين، والتأكد من طرف على اتصال مع السائل.حرر زر المكبس برفق وارسم تعليق الخلية في الطرف. مزيج تماما كل من المواد، وتجنب تشكيل فقاعة. الاستغناء بسرعة المواد المختلطة على رأس سقالة البطانية.كرر الخطوات السابقة لكل سقالة، مع التأكد من تغيير النصائح بين الاستخدامات لتجنب تشكيل هلام الفيبرين غير متوقع داخل الطرف. استبدل غطاء اللوحة واحتضن السقالات عند 37 درجة مئوية و5٪ ثاني أكسيد الكربون ورطوبة 100٪ لمدة 30 دقيقة. بعد الحضانة، املأ كل بئر بميليلتر واحد من DPSC و EC المتوسطة.الثقافة لمدة أسبوع واحد، وتغيير المتوسطة كل يومين. في نقاط زمنية مختلفة أثناء الثقافة، وإزالة المتوسطة من البئر وصورة يبني باستخدام المجهر confocal لدراسة تطور الأوعية الدموية أو أي معلمة أخرى من الفائدة. يسمح هذا البروتوكول لتصنيع السقالات تيسلاتيد مصنوعة من SU-8 الضوئية.تم الحصول على سقالات مع هندسات مقصورة متميزة وميزات دقيقة للغاية وقابلة للتكرار. مع البذر التقليدي المتزامن لكل من الخلايا البطانية وخلايا الدعم ، تم توزيع الخلايا بشكل متجانس على السقالة مما أدى إلى شبكات الأوعية الدموية غير المتوقعة وغير المنظمة. وعلى العكس من ذلك، أدى بذر الخلايا التدريجي إلى شبكات وعائية منظمة تنظيما عاليا.عند استخدام الخلايا البطانية الفلورية ، يمكن تصوير الأوعية في الوقت الحقيقي. تم استزراع البروتين الفلوري الأحمر الذي يعبر عن الخلايا البطانية على سقالات سداسية وصورت. تمت إضافة خلايا الدعم في اليوم الأول وتم تصوير شبكات الأوعية الدموية كل يومين لتحديد تطور الأوعية.لكل نقطة زمنية ، تم التقاط صور واسعة للسقالة بأكملها. وتم قياس نمو السفن كميا على أنه إجمالي طول السفينة ومنطقتها. تم إجراء الفاصل الزمني للتصوير البؤري للسماح بتتبع سفينة واحدة باستخدام خلايا البطانية متعددة الألوان.وقد تم توليد مسار السفينة من الفاصل الزمني، مما مكن من مراقبة هجرة السفن. لوحظ نضوج الأوعية من خلال وجود أكتين العضلات الملساء وخلايا الدعم. بالنسبة للمقصورات الدائرية والهيكسانة والمربعة، تتكاثر الخلايا وتنظم في هياكل.بحلول اليوم السابع، أظهرت جميع الأشكال شبكة الأوعية الدموية الغنية والمعقدة. كشفت صور التكبير العالية عن أكتين عضلي سلس أكثر كثافة ووجود خلايا دعم مشترك مع الأوعية المشكله ، مما يدل على تجنيد خلايا الدعم والتمايز المحيط بهياكل الأوعية الدموية. يمكن استخدام هذه التقنية لدراسة سلوك شبكات الأوعية الدموية ثلاثية الأبعاد عند تعرضها لظروف مختلفة، مثل مثبطات الخلايا المحددة أو في وجود أنواع خلايا إضافية.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

تصميم مفاعل حيوي لضغط الدوري السابقين فيفو دراسة صمامات القلب الأورطي

The aortic valve, located between the left ventricle and the aorta, allows for unidirectional blood flow, preventing backflow into the ventricle. Aortic ...

Preparation of 3D Fibrin Scaffolds for Stem Cell Culture Applications

إعداد الفايبرين 3D السقالات لتطبيقات الجذعية زراعة الخلايا

Stem cells are found in naturally occurring 3D microenvironments in vivo, which are often referred to as the stem cell niche 1. Culturing stem cells ...

Self-reporting Scaffolds for 3-Dimensional Cell Culture

سقالات الإبلاغ الذاتي للخلية ثقافة 3 الأبعاد

Culturing cells in 3D on appropriate scaffolds is thought to better mimic the in vivo microenvironment and increase cell-cell interactions. The resulting ...

Improved Method for the Preparation of a Human Cell-based, Contact Model of the Blood-Brain Barrier

تحسين طريقة لإعداد القائم على الخليوي، الاتصال نموذج الإنسان من حاجز الدم في الدماغ

The blood-brain barrier (BBB) comprises impermeable but adaptable brain capillaries which tightly control the brain environment. Failure of the BBB has ...

Helical Organization of Blood Coagulation Factor VIII on Lipid Nanotubes

منظمة حلزونية من الدم التخثر عامل الثامن على الدهون الأنابيب النانومترية

Cryo-electron microscopy (Cryo-EM)1 is a powerful approach to investigate the functional structure of proteins and complexes in a hydrated state and ...

Concentric Gel System to Study the Biophysical Role of Matrix Microenvironment on 3D Cell Migration

نظام جل متحدة المركز لدراسة دور الفيزيائية الحيوية من مصفوفة المكروية في 3D خلية الهجرة

The ability of cells to migrate is crucial in a wide variety of cell functions throughout life&#160;from embryonic development and wound healing&#160;to ...

Imaging Cell Viability on Non-transparent Scaffolds &#8212; Using the Example of a Novel Knitted Titanium Implant

Imaging Cell Viability on Non-transparent Scaffolds ÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã¢â‚¬Â Using the Example of a Novel Knitted Titanium Implant

قابلية التصوير خلية على السقالات غير شفافة - استخدام مثال على رواية محبوك التيتانيوم زراعة الاسنان

Intervertebral disc degeneration and disc herniation is one of the major causes of lower back pain. Depletion of extracellular matrix, culminating in ...

Melt Electrospinning Writing of Three-dimensional Poly(&#949;-caprolactone) Scaffolds with Controllable Morphologies for Tissue Engineering Applications

Melt Electrospinning Writing of Three-dimensional PolyÃƒÆ’Ã…Â½Ãƒâ€šÃ‚Âµ-caprolactone Scaffolds with Controllable Morphologies for Tissue Engineering Applications

تذوب الكتابة اليكتروسبينينج من السقالات Poly(ε-caprolactone) ثلاثي الأبعاد مع مورفولوجيس يمكن السيطرة عليها لتطبيقات هندسة الأنسجة

This tutorial reflects on the fundamental principles and guidelines for electrospinning writing with polymer melts, an additive manufacturing technology ...

Standardized and Scalable Assay to Study Perfused 3D Angiogenic Sprouting of iPSC-derived Endothelial Cells In Vitro

مقايسة معياريه وقابله للتطوير لدراسة الخلايا الغشائية ثلاثية الابعاد المشتقة من iPSC في المختبر

Pre-clinical drug research of vascular diseases requires in vitro models of vasculature that are amendable to high-throughput screening. However, current ...

Labeling of Blood Vessels in the Teleost Brain and Pituitary Using Cardiac Perfusion with a DiI-fixative

وضع العلامات علي الاوعيه الدموية في الدماغ والغدة النخامية باستخدام Perfusion القلب مع المثبت

Blood vessels innervate all tissues in vertebrates, enabling their survival by providing the necessary nutrients, oxygen, and hormonal signals. It is one ...