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

מחקר זה נתמך במימון אוניברסיטת מישיגן - שותפות ישראלית למחקר. המחברים מבקשים להודות לאורי מרדלר, ליאור דבי וגליה בן דוד על עזרתם ותמיכתם הרבה, נדין וואנג, Ph.D. ופילאר הררה-פיירו, Ph.D. של מתקן Nanofabrication לוריא באוניברסיטת מישיגן, כמו גם לואיס Solorio, Ph.D. עבור דיונים מאירי עיניים של טכניקות פוטוליטוגרפיה.

1. ייצור פיגומים טסליים
הערה: פוטוליטוגרפיה היא טכניקה נפוצה הדורשת ציוד מיוחד השוכן בדרך כלל בתוך מתקן ננו-פשיעה / מעבדה. השיטה שנקבעה בפרוטוקול זה הוכללה ככל האפשר עבור הקהל; עם זאת, ייתכן שיהיה צורך בשינויים קלים בהליכים בהתאם לציוד הזמין לקורא. אנו ממליצים לבצע הליכים אלה ?...

<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>

הצורך בכלי דם עשיר בתוך מוטבע ברקמות מהונדסות הוא קריטי לבניית הישרדות ותפקוד תקין1. למרות הנדסת מערכת כלי הדם כבר המוקד של כמות עצומה של מחקר, הרבה נשאר לחקור ולהבין24. בפרט, בעת יצירה מחדש של רקמה ספציפית, microvasculature צריך להתנהג ולארגן בהתאם12. הגישה הנפ...

תחום הנדסת הרקמות מתקדם במהירות לקראת ייצור מבנים מהונדסים להחלפת איברים ורקמות חסרים או פגומים1. עם זאת, מבנים מתפקדים במלואם טרם הושגו, בין השאר, שכן יצירת רשתות כלי דם תפעוליות להזנת רקמות נותרה אתגר יוצא מן הכלל. ללא כלי דם נאותים, רקמות מהונדסות מוגבלות להובלת דיפוזיה פסיבית של חמצן וחומרים מזינים, מה שמגביל את עובי הרקמה המקסימלית בת קיימא למגבלת הדיפוזיה, כ -200 מיקרומטר2. עוביים כאלה אינם מתאימים לתיקון פגמים ברקמות גדולות או לייצור איברים מלא, מה שהופך את נוכחותה של רשת כלי דם תפקודית למאפיין חובה לרקמות פונקציונליות ומושתלות3.
מערכת כלי הדם מורכבת ממגוון רחב של כלי דם, בגדלים שונים, פנוטיפים וארגון, הקשורים קשר הדוק לרקמה המארחת. הבנת ההתנהגות, התגובה והחלטות ההגירה המתבצעות על ידי כלי השיט המתפתחים והנבטיים יכולה להורות על שילובם ברקמות מהונדסות4. נכון לעכשיו, הגישה הנפוצה ביותר ליצירת רשתות כלי דם במבחנה היא שילוב תאי אנדותל (ECs) עם תאי תמיכה (SCs, עם היכולת להבדיל לתאי ציור קיר), זרע בתוך מיקרו-סביבה תלת מימדית. סביבה זו מספקת רמזים כימיים ופיזיים כדי לאפשר לתאים לצרף, להתרבות ולהרכיב את עצמם לרשתות כלישיט 2,5,6,7,8. כאשר הם מתרבתים במשותף, SCs מפרישים חלבונים מטריצה חוץ-תאית (ECM) תוך מתן תמיכה מכנית למחשבים האלקטרוניים, היוצרים את המבנים הצינוריים. יתר על כן, אינטראקציה צולבת בין שני סוגי התאים לקדם tubulogenesis, כלי נבט והגירה, בנוסף התבגרות SCs ובידול לתוך α חלקה שריר actin-ביטוי (αSMA) תאים ציורי קיר4. פיתוח רשת כלי השיט נחקר בדרך כלל בסביבות תלת מימדיות שנוצרו באמצעות הידרוג'לים, פיגומים פולימריים נקבוביים, או שילוב שלהם. האפשרות השנייה מספקת באותה מידה סביבה ידידותית לתאים ואת התמיכה המכנית הנדרשת הן עבור התאים והן עבור ECM9.
כמות גדולה של עבודה בוצעה כדי לחקור את התפתחות כלי הדם, כולל שיתוף culturing התאים על הידרוג'לים10, הידרוג'לים-פיגומים שילובים11,12, פלטפורמות 2D, והתקנים microfluidic13. עם זאת, הידרוג'לים יכולים להיות מעוותים בקלות על ידי הכוחות המופעלים על ידי התא14, בעוד מערכות דו-צדדיות ומיקרופלואידיות אינן מצליחות ליצור מחדש סביבה קרובה יותר לטבע כדי להשיג תגובה נוספת15,16. הבנת האופן שבו כלי שיט יוצרים מגיבים לסביבתם יכולה לספק תובנה קריטית שעשויה לאפשר ייצור סביבות מהונדסות עם היכולת להדריך את פיתוח כלי השיט באופן צפוי. הבנת תופעות היווצרות כלי דם היא קריטית במיוחד כדי לשמור על קצב עם הופעתה המהירה של טכניקות ייצור בקנה מידה תת-מיקרון, כגון סטריאוליטוגרפיה, ליתוגרפיה הקרנה דיגיטלית, ייצור ממשק נוזלי מתמשך, 3D להמיס אלקטרו jetwriting, פתרון מבוסס 3D אלקטרו סילון כתיבה, וטכניקות bioprinting המתעוררים17,18,19,20,21. יישור השליטה של טכניקות micromanufacturing אלה עם הבנה מעמיקה של ביולוגיה של כלי הדם הוא המפתח ליצירת כלי דם מהונדס מתאים עבור רקמת היעד.
כאן, אנו מציגים מערכת תלת מימדית כדי לחקור את התגובה של כלי להרכיב ונבטים חדשים לגיאומטריית הפיגומים שמסביב, תוך התבוננות במקור הנבטים שלהם ובנדידההבאה 22. על ידי שימוש בפיגומים תלת-ממדיים עם גיאומטריות תאים עם סלקציה, וטכניקת זריעה דו-שלבית, הצלחנו ליצור רשתות כלי דם מאורגנות מאוד בצורה ברורה וקלה לניתוח. הגיאומטריות הממוקדות מספקות מערכת תפוקה גבוהה עם יחידות בודדות המכילות כלי שיט המגיבים לסביבתם המקומית. באמצעות מחשבים אלקטרוניים צבעוניים, עקבנו אחר מקורות היווצרות נבטים ודפוסי העברה עוקבים, בקורלציה לגיאומטריית התא ולמיקום SCs22.
למרות שהפרוטוקול המוצע הוכן לנתח את ההשפעות של רמזים גיאומטריים על התנהגות כלי הדם, ניתן להרחיב גישה זו וליישם אותה על מגוון יישומים חדשים. הפיגום המוצף והרשתות הניתנות להדפסה בקלות מאפשרים ניתוח פשוט של אינטראקציה בין ECs ו- SCs שונים, תוספת של תאי איברים ספציפיים והאינטראקציה שלהם עם רשתות כלי הדם, השפעת סמים על רשתות כלי דם ועוד. תוצאות המערכת המוצעות שלנו מאוד תכליתי של ייצור ועיבוד פשוטים.

<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

מערכת הלב וכלי הדם היא שחקן מפתח בפיזיולוגיה האנושית, מתן הזנה לרוב הרקמות בגוף; כלי שיט נמצאים בגדלים שונים, מבנים, פנוטיפים וביצועים בהתאם לכל רקמה מפוזרת ספציפית. תחום הנדסת הרקמות, שמטרתו לתקן או להחליף רקמות גוף פגומות או חסרות, מסתמך על אנגיוגנזה מבוקרת כדי ליצור כלי דם נאות בתוך הרקמות המהונדסות. ללא מערכת כלי דם, מבנים מהונדסים עבים לא ניתן להזנה מספקת, אשר עלול לגרום למוות תאים, תחריט לקוי, ובסופו של דבר כישלון. לכן, הבנה ושליטה על ההתנהגות של כלי דם מהונדסים היא אתגר יוצא דופן בתחום. עבודה זו מציגה מערכת תפוקה גבוהה המאפשרת יצירת רשתות כלי שיט מאורגנות וחוזרות על עצמן לחקר התנהגות כלי שיט בסביבת פיגומים תלת-ממדית. פרוטוקול זריעה דו-שלבי זה מראה כי כלי שיט בתוך המערכת מגיבים לטופוגרפיית הפיגומים, ומציגים התנהגויות נבטים ייחודיות בהתאם לגיאומטריית התא שבה שוכנים כלי השיט. התוצאות המתקבלות והבנה ממערכת תפוקה גבוהה זו ניתן ליישם על מנת ליידע טוב יותר 3D ביו מודפס עיצובים מבנה פיגומים, שבו ייצור של גיאומטריות 3D שונות לא ניתן להעריך במהירות בעת שימוש בהדפסה 3D כבסיס לסביבות ביולוגיות תאיות. יתר על כן, ההבנה ממערכת תפוקה גבוהה זו עשויה להיות מנוצלת לשיפור סינון תרופות מהיר, ההתפתחות המהירה של מודלים של תרבויות משותפות, וחקירת גירויים מכניים על היווצרות כלי דם כדי להעמיק את הידע של מערכת כלי הדם.

הפרוטוקול המוצג, בטכניקות סטריאוליטוגרפיה, מאפשר ייצור של פיגומים עם טסלה העשויים מפוטורסיסט SU-8. הושגו פיגומים עם גיאומטריות תא נפרדות (ריבועים, משושים ועיגולים) ותכונות מדויקות וחוזרות על עצמן ביותר (איור 1).
<img alt="Figure 1" cl...

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

רקמות מהונדסות מסתמכות במידה רבה על רשתות כלי דם נאותות כדי לספק חומרים מזינים וגזים חיוניים ולהסיר פסולת מטבולית. בעבודה זו, פרוטוקול זריעה צעד אחר צעד של תאי אנדותל ותאי תמיכה יוצר רשתות כלי דם מאורגנות מאוד בפלטפורמת תפוקה גבוהה לחקר התנהגות כלי שיט מתפתחת בסביבה תלת-ממדית מבוקרת.

זריעת תאים Stepwise על פיגומים Tessellated ללמוד כלי דם מונבטים

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

הפרוטוקול שלנו מאפשר לחוקרים לחקור את תהליך היווצרות רשת כלי השיט בצורה ברורה וקלה למעקב, פתיחת הדלתות למחקרים חדשים ושפיכת אור על התנהגות כלי הדם. טכניקה זו מציגה את האפשרות של יצירת רשתות כלי דם מאורגנות מאוד חוזר עם להגיב לסביבה שמסביב. תאים אנדותל מחולים הסובלים ממחלת כלי דם ניתן לאחזר באמצעות מערכת זו, מה שמאפשר לשחזר את מחלת כלי הדם ולמצוא טיפול מתאים.השיטה המוצעת ניתן להרחיב לחקר התנהגות רשת כלי הדם כאשר יחד עם סוגי תאים שונים, המאפשר לבחון את האינטראקציה של כלי פיתוח עם סוג רקמה ספציפי. התחל על ידי שקיעת הפיגומים ב 70% אתנול במשך מינימום של 15 דקות, ולאחר מכן לשטוף אותם פעמיים PBS. יש לערבב 1.5 מיקרוליטרים של תמיסת מלאי פיברונקטין עם 28.5 מיקרוליטרים של PBS לפיגום.הכן דילול פיברונקטין אחד שישמש עבור כל הפיגומים כדי למנוע שגיאות pipetting. מניחים את הפיגומים בדלילות על גבי משטח הידרופובי ומכסים כל פיגום עם 30 מיקרוליטרים של דילול פיברונקטין. החלף את מכסה הלוח והכנס את הפיגומים המכוסים בפיברונקטין לאינקובטור שנקבע ל-37 מעלות צלזיוס ולחות של 100% למשך שעה לפחות.לאחר הדגירה, לשטוף קלות את הפיגומים PBS כדי להסיר שרידים fibronectin. הפיגומים יכולים להישמר ב- PBS בארבע מעלות צלזיוס עד שבוע. הכן תא אנדותל או מדיום EC על ידי ערבוב המדיום הבסיסי עם רכיבי הערכה הבינונית המתאימים, כולל פתרון אנטיביוטי, FBS, ותוספי צמיחת תאי אנדותל כפי שצוין על ידי היצרן.הפוך את ההשעיה תא אנדותל microvascular שומן אנושי במדיום EC עם ריכוז של ארבעה מיליון תאים למיליליטר. בעזרת מלקחיים, מניחים פיגום אחד מצופה פיברונקטין לבאר בצלחת 24 באר שאינה TC. מכסים כל פיגום ב-25 טיפות מיקרוליטר של השעיית התא, ומוודאים שלא ניתן להשעיה לזרום הרחק מהפיגום.שים את המכסה על הצלחת ומניחים אותו באינקובטור ב 37 מעלות צלזיוס, 5% פחמן דו חמצני ו 100% לחות במשך 60 עד 90 דקות. לאחר הדגירה, מלאו כל באר ב-700 מיקרוליטרים של מדיום EC. דגירה פיגומים אנדותל עד מפגש EC ניתן לראות באמצעות מיקרוסקופיה פלואורסצנטית או במשך שלושה ימים.לשנות את המדיום כל יומיים. הכן מדיום DPSC על ידי ערבוב 500 מיליליטר של DMEM גלוקוז נמוך, 57.5 מיליליטר של FBS, 5.75 מיליליטר של חומצות אמינו לא חיוניות, 5.75 מיליליטר של גלוטמקס, ו 5.75 מיליליטר של פתרון פניצילין סטרפטומיצין-נייסטטין. מעבירים את הפיגומים עם האנדותל לצלחת חדשה שאינה TC 24 באר.השלך את כל המדיה מהצלחת הנוכחית באמצעות פיפטה או יניקת ואקום, מקפיד לא להחיל ואקום ישירות על הפיגום. מניחים פיגום אחד במרכז כל באר, ואז לייבש את האזור שמסביב עם ואקום קל. לדלל פתרונות מלאי תרומבין ופיברינוגן עם PBS לריכוז סופי של חמש יחידות למיליליטר ו 15 מיליגרם למיליליטר בהתאמה.הכינו השעיה של שמונה מיליון DPSC למיליליטר בדילול תרומבין והפיצו 12.5 מיקרוליטרים של המתלים למיקרו-צינורות בודדים לפיגום שייזרעו. הגדר פיפטה של 5 עד 50 מיקרוליטר ל-12.5 מיקרוליטר ומלא אותה בתמיסת פיברינוגן. מבלי להסיר את הקצה, הגדר את הפיפט ל-25 מיקרוליטרים.החומר בקצה צריך לעלות ולהשאיר נפח ריק. לחץ לאט על כפתור הכועף עד שהנוזל מגיע לפתיחת הקצה, אך אינו דולף החוצה. החזק את הוכנה במצב זה ולשים את הקצה לתוך אחד הצינורות microcentrifuge המכילים את התאים המתלים תרומבין, לוודא את הקצה הוא במגע עם הנוזל.שחרר בעדינות את לחצן הכועף ומשוך את המתלה של התא לקצה. ביסודיות לערבב את שני החומרים, הימנעות היווצרות בועה. מחלקים במהירות את החומרים המעורבים על גבי פיגום אנדותל.חזור על השלבים הקודמים עבור כל פיגום, הקפד לשנות טיפים בין שימושים כדי למנוע היווצרות ג'ל פיברין בלתי צפוי בתוך הקצה. החלף את מכסה הצלחת ודגר את הפיגומים ב-37 מעלות צלזיוס, 5% פחמן דו-חמצני ו-100% לחות למשך 30 דקות. לאחר הדגירה, מלאו כל באר במיליליטר אחד של DPSC אחד לאחד ובינוני EC.תרבות לשבוע אחד, שינוי המדיום כל יומיים. בנקודות זמן שונות במהלך התרבות, להסיר את המדיום מן הבאר תמונה המבנים באמצעות מיקרוסקופ confocal ללמוד את התפתחות כלי הדם או כל פרמטר אחר של עניין. פרוטוקול זה מאפשר ייצור של פיגומים tessellated עשוי SU-8 photoresist.הושגו פיגומים עם גיאומטריות תא נפרדות ותכונות מדויקות וחוזרות על עצמן. עם זריעה סימולטנית מסורתית של תאי אנדותל ותאי תמיכה, התאים הופצו באופן הומוגני על הפיגום וכתוצאה מכך רשתות כלי דם בלתי צפויות ולא מאורגנות. להיפך, זריעת תאים חורגת הביאה לרשתות כלי דם מאורגנות מאוד.בעת שימוש בתאי אנדותל פלואורסצנטיים, ניתן לדמות את כלי הדם בזמן אמת. חלבון פלואורסצנטי אדום המבטא תאי אנדותל היה מתורבת על פיגומים משושים ודימוי. תאי התמיכה נוספו ביום הראשון ורשתות כלי הדם צולמו כל יומיים כדי לכמת את התפתחות כלי השיט.עבור כל נקודת זמן, תמונות רחבות של הפיגום כולו נלקחו. צמיחת כלי השיט כמתה כאורך כלי שיט ושטח כוללים. בוצעה הדמיה קונפוקלית של זמן לשגות כדי לאפשר מעקב אחר כלי שיט יחיד באמצעות תאי אנדותל צבעוניים.נתיב הספינה נוצר מהזמן לשגות, מה שמאפשר לצפות בנדידת כלי שיט. התבגרות כלי נצפתה על ידי נוכחות של actin שריר חלקה ותאי תמיכה. עבור התאים המעגליים, המשושה והמרובעים, התאים מתרבים ומתארגנים למבנים.ביום השביעי, כל הצורות הראו רשת כלי דם עשירה ומורכבת. תמונות הגדלה גבוהות יותר חשפו אקטין שרירים חלק צפוף יותר ונוכחות תא תמיכה במשותף עם כלי נוצר, מעורר גיוס תא תמיכה ובידול סביב מבני כלי הדם. טכניקה זו יכולה לשמש כדי ללמוד את ההתנהגות של רשתות כלי דם תלת מימדיים כאשר נחשפים לתנאים שונים, כגון מעכבי תאים ספציפיים או בנוכחות סוגי תאים נוספים.

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

עיצוב של bioreactor לחץ על מחזורי Ex Vivo מחקר של מסתמי הלב אבי העורקים

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

הכנת 3D הפיברין פיגומים יישומים סלולריים גזע תרבות

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

פיגומים דיווח עצמי לתרבית תאים 3-Dimensional

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

שיפר שיטה להכנה מבוססת תאים, דגם מגע אנושי של מחסום דם המוח

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

ארגון סליל של דם קרישת פקטור VIII ביפידים צינוריות

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

מערכת ג&#39;ל קונצנטריים כדי ללמוד את תפקיד Biophysical של מטריקס מייקרו-סביבה על נדידת תאי 3D

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

כדאיות התא הדמיה על פיגומים ללא שקוף - לפי הדוגמה של שתל טיטניום סרוגה Novel

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

להמיס Electrospinning הכתיבה של פיגומים Poly(ε-caprolactone) תלת מימדי עם מורפולוגיות לשליטה עבור יישומי הנדסת רקמות

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

שיטת הלימוד הסטנדרטית והמדמדית למחקר בלבלוב אנגיוגנטית בתלת-ממד של התאים הנגזרים מתוך מבחנה

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

הוספת תוויות של כלי דם במוח Teleost ואת בלוטת היותרת שימוש בפרזיה לב עם DiI-fixative

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