Name: construction of a human aorta smooth muscle cell organ-on-a-chip model for recapitulating biomechanical strain in the aortic wall
Uploaded: 2022-07-06T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Construction of a Human Aorta Smooth Muscle Cell Organ-On-A-Chip Model for Recapitulating Biomechanical Strain in the Aortic Wall at JoVE.com

يقر المؤلفون بأن هذا العمل كان مدعوما بمنح من لجنة العلوم والتكنولوجيا في بلدية شنغهاي (20ZR1411700) ، والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (81771971) ، وبرنامج شنغهاي للإبحار (22YF1406600).

تم استخدام عينات الأبهر البشري لعزل HASMC الأولي بموجب موافقة مستشفى تشونغشان ، لجنة أخلاقيات جامعة فودان (NO. B2020-158). تم جمع عينات الأبهر من المرضى الذين خضعوا لجراحة الشريان الأورطي الصاعد في مستشفى تشونغشان ، جامعة فودان. تم الحصول على موافقة خطية مستنيرة من جميع المرضى قبل المشاركة.
<p class...

<ol>
	<li>Olsson, C., Thelin, S., St&#229;hle, E., Ekbom, A., Granath, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thoracic+aortic+aneurysm+and+dissection:+increasing+prevalence+and+improved+outcomes+reported+in+a+nationwide+population-based+study+of+more+than+14,000+cases+from+1987+to+2002.">Thoracic aortic aneurysm and dissection: increasing prevalence and improved outcomes reported in a nationwide population-based study of more than 14,000 cases from 1987 to 2002.</a> Circulation. 114 (24), 2611-2618 (2006).</li><li>van Varik, B. 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=Mechanisms+of+arterial+remodeling:+lessons+from+genetic+diseases.">Mechanisms of arterial remodeling: lessons from genetic diseases.</a> Frontiers in Genetics. 3 (290), 1-10 (2012).</li><li>Halka, A. 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=The+effects+of+stretch+on+vascular+smooth+muscle+cell+phenotype+in+vitro.">The effects of stretch on vascular smooth muscle cell phenotype in vitro.</a> Cardiovascular Pathology. 17 (2), 98-102 (2008).</li><li>Wang, 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=Arterial+wall+stress+induces+phenotypic+switching+of+arterial+smooth+muscle+cells+in+vascular+remodeling+by+activating+the+YAP/TAZ+signaling+pathway.">Arterial wall stress induces phenotypic switching of arterial smooth muscle cells in vascular remodeling by activating the YAP/TAZ signaling pathway.</a> Cellular Physiology and Biochemistry. 51 (2), 842-853 (2018).</li><li>Fabre, 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=Introduction+to+a+manuscript+series+on+the+characterization+and+use+of+microphysiological+systems+(MPS)+in+pharmaceutical+safety+and+ADME+applications.">Introduction to a manuscript series on the characterization and use of microphysiological systems (MPS) in pharmaceutical safety and ADME applications.</a> Lab on a Chip. 20, 1049-1057 (2020).</li><li>Golding, H., Khurana, S., Zaitseva, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What+is+the+predictive+value+of+animal+models+for+vaccine+efficacy+in+humans?+The+importance+of+bridging+studies+and+species-independent+correlates+of+protection.">What is the predictive value of animal models for vaccine efficacy in humans? The importance of bridging studies and species-independent correlates of protection.</a> Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. 10 (4), 028902 (2018).</li><li>Ingber, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+organs-on-chips+for+disease+modelling,+drug+development+and+personalized+medicine.">Human organs-on-chips for disease modelling, drug development and personalized medicine.</a> Nature Reviews. Genetics. 25, 1-25 (2022).</li><li>Niu, L., 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+chip+for+odontoblasts+in+vitro.">Microfluidic chip for odontoblasts in vitro.</a> ACS Biomaterials Science &amp; Engineering. 5 (9), 4844-4851 (2019).</li><li>Huh, 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=Reconstituting+organ-level+lung+functions+on+a+chip.">Reconstituting organ-level lung functions on a chip.</a> Science. 328 (5986), 1662-1668 (2010).</li><li>Musah, 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=Mature+induced-pluripotent-stem-cell-derived+human+podocytes+reconstitute+kidney+glomerular-capillary-wall+function+on+a+chip.">Mature induced-pluripotent-stem-cell-derived human podocytes reconstitute kidney glomerular-capillary-wall function on a chip.</a> Nature Biomedical Engineering. 1 (69), 1-25 (2017).</li><li>Yoon No, D., Lee, K. H., Lee, J., 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=3D+liver+models+on+a+microplatform:+well-defined+culture,+engineering+of+liver+tissue+and+liver-on-a-chip.">3D liver models on a microplatform: well-defined culture, engineering of liver tissue and liver-on-a-chip.</a> Lab on a Chip. 15 (19), 3822-3837 (2015).</li><li>Bein, 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+organ-on-a-chip+models+of+human+intestine.">Microfluidic organ-on-a-chip models of human intestine.</a> Cellular and Molecular Gastroenterology and Hepatology. 5 (4), 659-668 (2018).</li><li>Jastrzebska, E., Tomecka, E., Jesion, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heart-on-a-chip+based+on+stem+cell+biology.">Heart-on-a-chip based on stem cell biology.</a> Biosensors &amp; Bioelectronics. 75 (1), 67-81 (2016).</li><li>Rensen, S. S., Doevendans, P. A., van Eys, G. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regulation+and+characteristics+of+vascular+smooth+muscle+cell+phenotypic+diversity.">Regulation and characteristics of vascular smooth muscle cell phenotypic diversity.</a> Netherlands Heart Journal. 15 (3), 100-108 (2007).</li><li>Perestrelo, A. R., &#193;guas, A. C., Rainer, A., Forte, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+organ/body-on-a-chip+devices+at+the+convergence+of+biology+and+microengineering.">Microfluidic organ/body-on-a-chip devices at the convergence of biology and microengineering.</a> Sensors. 15 (12), 31142-31170 (2015).</li><li>Liu, 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=Construction+of+cancer-on-a-chip+for+drug+screening.">Construction of cancer-on-a-chip for drug screening.</a> Drug Discovery Today. 26 (8), 1875-1890 (2021).</li><li>Yang, Q., 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=Design+of+organ-on-a-chip+to+improve+cell+capture+efficiency.">Design of organ-on-a-chip to improve cell capture efficiency.</a> International Journal of Mechanical Sciences. 209, 106705 (2021).</li><li>Yang, Q., Lian, Q., Xu, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perspective:+Fabrication+of+integrated+organ-on-a-chip+via+bioprinting.">Perspective: Fabrication of integrated organ-on-a-chip via bioprinting.</a> Biomicrofluidics. 11 (3), 031301 (2017).</li><li>Mohammed, M. I., 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=Fabrication+of+microfluidic+devices:+improvement+of+surface+quality+of+CO2+laser+machined+poly+(methylmethacrylate)+polymer.">Fabrication of microfluidic devices: improvement of surface quality of CO2 laser machined poly (methylmethacrylate) polymer.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 27 (1), 015021 (2017).</li><li>Tsao, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polymer+microfluidics:+Simple,+low-cost+fabrication+process+bridging+academic+lab+research+to+commercialized+production.">Polymer microfluidics: Simple, low-cost fabrication process bridging academic lab research to commercialized production.</a> Micromachines. 7 (12), 225-236 (2016).</li><li>Kirschbaum, S. E., Baeumner, A. J. <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+of+electrochemiluminescence+(ECL)+in+and+for+microfluidic+analytical+devices.">A review of electrochemiluminescence (ECL) in and for microfluidic analytical devices.</a> Analytical and Bioanalytical Chemistry. 407 (14), 3911-3926 (2015).</li><li>Stefanadis, C., 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=Pressure-diameter+relation+of+the+human+aorta.+A+new+method+of+determination+by+the+application+of+a+special+ultrasonic+dimension+catheter.">Pressure-diameter relation of the human aorta. A new method of determination by the application of a special ultrasonic dimension catheter.</a> Circulation. 92 (8), 2210-2219 (1995).</li><li>Williams, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+influences+on+vascular+smooth+muscle+cell+function.">Mechanical influences on vascular smooth muscle cell function.</a> Journal of Hypertension. 16 (12), 1921-1929 (1998).</li><li>Abudupataer, M., 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=Aorta+smooth+muscle-on-a-chip+reveals+impaired+mitochondrial+dynamics+as+a+therapeutic+target+for+aortic+aneurysm+in+bicuspid+aortic+valve+disease.">Aorta smooth muscle-on-a-chip reveals impaired mitochondrial dynamics as a therapeutic target for aortic aneurysm in bicuspid aortic valve disease.</a> eLife. 10, 69310 (2021).</li><li>Poussin, C., 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+human+microvessel-on-a-chip+model+for+studying+monocyte-to-endothelium+adhesion+under+flow+-+application+in+systems+toxicology.">3d human microvessel-on-a-chip model for studying monocyte-to-endothelium adhesion under flow - application in systems toxicology.</a> Altex. 1, 47-63 (2020).</li><li>Yasotharan, S., Pinto, S., Sled, J. G., Bolz, S., Gunther, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Artery-on-a-chip+platform+for+automated,+multimodal+assessment+of+cerebral+blood+vessel+structure+and+function.">Artery-on-a-chip platform for automated, multimodal assessment of cerebral blood vessel structure and function.</a> Lab on a Chip. 15, 2660-2669 (2015).</li></ol>

مع التطور السريع لتكنولوجيا الموائع الدقيقة ، ظهرت نماذج OOC التي يمكنها تكرار الوظيفة البيولوجية وهيكل واحد أو أكثر من الأعضاء في المختبر في السنوات الأخيرة للتطبيقات في علم الأحياء والطب وعلم الأدوية15. يمكن ل OOC محاكاة الوظائف الرئيسية للبيئة المكروية الفسيولوجية البش...

تمدد الأوعية الدموية الأبهري الصدري وتسلخه (TAAD) هو توسع موضعي أو تفريغ لجدار الأبهر المرتبط بارتفاع معدلات المراضة والوفيات1. تلعب خلايا العضلات الملساء الأبهرية البشرية (HASMCs) دورا حيويا في التسبب في TAAD. HASMCs ليست خلايا متمايزة نهائيا ، وتحتفظ HASMCs بمرونة عالية ، مما يسمح لها بتبديل الأنماط الظاهرية استجابة للمحفزات المختلفة2. تتعرض HASMCs بشكل أساسي لإجهاد الشد الإيقاعي في الجسم الحي ، وهذا أحد العوامل الرئيسية التي تنظم التغيرات المورفولوجية للعضلات الملساء والتمايز والوظائف الفسيولوجية 3,4. لذلك ، لا يمكن تجاهل دور الإجهاد الدوري في دراسة HASMCs. ومع ذلك ، لا يمكن لمزارع الخلايا التقليدية 2D تكرار التحفيز الميكانيكي الحيوي للسلالة الدورية التي تعاني منها HASMCs في الجسم الحي. بالإضافة إلى ذلك ، فإن بناء نموذج TAAD الحيواني غير مناسب لبعض أنواع TAAD ، مثل TAAD المرتبط بالصمام الأبهري ثنائي الشرف (BAV). علاوة على ذلك ، لا يمكن تجاهل فجوة الأنواع بين الدراسات البشرية السريرية والتجارب على الحيوانات. يعيق الترجمة الصيدلانية في الممارسة السريرية. وبالتالي ، هناك حاجة ملحة لأنظمة أكثر تعقيدا وفسيولوجية لمحاكاة البيئة الميكانيكية الحيوية في الجسم الحي في البحث عن أمراض الأبهر.
التجارب على الحيوانات المستخدمة في البحوث الطبية الحيوية وتطوير الأدوية مكلفة وتستغرق وقتا طويلا ومشكوك فيها أخلاقيا. بالإضافة إلى ذلك ، غالبا ما تفشل نتائج الدراسات على الحيوانات في التنبؤ بالنتائج التي تم الحصول عليها في التجارب السريرية البشرية 5,6. أدى عدم وجود نماذج بشرية قبل السريرية وارتفاع معدل الفشل في التجارب السريرية إلى عدد قليل من الأدوية الفعالة للعيادة ، مما أدى إلى زيادة تكاليف الرعاية الصحية7. وبالتالي ، من الضروري إيجاد نماذج تجريبية أخرى لاستكمال النماذج الحيوانية. تطورت تقنيات التصنيع الدقيق والموائع الدقيقة بشكل كبير في السنوات الأخيرة ، مما يوفر تقنيات جديدة لإنشاء نماذج عضوية على رقاقة تعالج عيوب تقنيات زراعة الخلايا التقليدية 2D وإنشاء نموذج أكثر واقعية ومنخفض التكلفة وفعال في المختبر للدراسات الفسيولوجية وتطوير الأدوية. باستخدام أجهزة الموائع الدقيقة ، يتم إنشاء أعضاء على رقائق لزراعة الخلايا الحية في غرف بحجم ميكرومتر مع محفزات مختلفة لتكرار الوظائف الرئيسية للنسيج أو العضو. يتكون النظام من قنوات دقيقة مفردة أو متعددة من الموائع الدقيقة ، مع نوع واحد من الخلايا المستزرعة في غرفة منخرطة تكرر وظائف نوع واحد من الأنسجة أو أنواع خلايا مختلفة مستزرعة على أغشية مسامية لإعادة إنشاء واجهات بين الأنسجة المختلفة. تتمتع الكائنات العضوية القائمة على الموائع الدقيقة جنبا إلى جنب مع الخلايا المشتقة من المريض بميزة فريدة تتمثل في سد الفرق الكبير بين الأنواع الكبيرة بين نماذج أمراض الفئران والبشر والتغلب على عيوب زراعة الخلايا التقليدية 2D لأبحاث آلية المرض واكتشاف الأدوية. مع التطور السريع للموائع الدقيقة في السنوات القليلة الماضية ، أدرك الباحثون فائدة نماذج الأعضاء على الرقاقة في المختبر (OOC) التي تكرر المعلمات البيولوجية المعقدة في الجسم الحي 8. تحاكي هذه الكائنات العضوية الموائع الدقيقة البيئات الميكانيكية الحيوية في المختبر ، مثل الإجهاد الدوري ، وإجهاد القص ، وضغط السائل ، مما يوفر بيئة زراعة خلايا ثلاثية الأبعاد (3D). حتى الآن ، تم إنشاء العديد من نماذج OOC لمحاكاة المحفزات الميكانيكية الحيوية في أعضاء مثل الرئة9 والكلى 10 والكبد 11 والأمعاء12 والقلب 13 ، ولكن لم يتم تطبيقها على نطاق واسع لدراسة مرض الأبهر البشري.
في هذه الدراسة ، نقدم نموذج خلية عضلية ملساء للشريان الأورطي البشري (HASMC-OOC) يمكنه التحكم في القوى الميكانيكية الحيوية والإيقاعات المطبقة على HASMCs الأولية المشتقة من المريض TAAD. تتكون الشريحة من ألواح سميكة ثلاثية الطبقات من polydimethylsiloxane (PDMS) محفورة بقنوات واثنين من أغشية PDMS عالية المرونة التجارية. يتم استزراع HASMCs على أغشية PDMS. تمتلئ القناة الموجودة في منتصف الشريحة بوسط ثقافة لزراعة الخلايا. يتم توصيل القنوات العلوية والسفلية للرقاقة بنظام إمداد ضغط الفراغ الذي يمكنه التحكم في إيقاع وتواتر إجهاد الشد الميكانيكي لأغشية PDMS. يمكن محاكاة الإجهاد الإيقاعي الذي تعاني منه HASMCs في HASMC-OOC ، وتكرار البيئة المكروية الميكانيكية الحيوية للأنسجة أو الأعضاء التي لا يمكن تحقيقها وظيفيا باستخدام أنظمة الثقافة التقليدية 2D. مع الاستفادة من التصوير عالي الدقة ، في الوقت الحقيقي ، والبيئة الدقيقة الميكانيكية الحيوية ، يمكن دراسة الأنشطة البيوكيميائية والجينية والأيضية للخلايا الحية لتطوير الأنسجة ، وفسيولوجيا الأعضاء ، ومسببات الأمراض ، والآليات الجزيئية وتحديد العلامات الحيوية ، وأمراض القلب والأوعية الدموية وأمراض الأبهر. إلى جانب الخلايا الخاصة بالأنسجة والمريض ، يمكن استخدام هذا النظام لفحص الأدوية والطب الشخصي واختبار السمية. يوفر نموذج HASMC-OOC هذا منصة جديدة في المختبر لدراسة التسبب في مرض الأبهر.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>4% paraformaldehyde</td>
			<td>Beyotime</td>
			<td>P0099-100ml</td>
			<td>Used for cell immobilization</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alexa Fluor 350-labeled Goat Anti-Rabbit IgG</td>
			<td>Beyotime</td>
			<td>A0408</td>
			<td>Antibodies used for immunostaining</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine serum albumin</td>
			<td>Beyotime</td>
			<td>ST025-20g</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calcium AM/PI</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>L3224</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell culture flask&#160;</td>
			<td>Corning</td>
			<td>430639</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CNN1</td>
			<td>Abcam&#160;</td>
			<td>Ab46794</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Commercial flexible 
			PDMS membrane</td>
			<td>Hangzhou Bald Advanced Materials</td>
			<td>KYQ-200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>F-actin</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>R415</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FBS</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>M8318</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hoses</td>
			<td>Runze Fluid</td>
			<td>96410</td>
			<td>1 mm inner diameter; 3 mm outer diameter; 1 mm wall thickness; Official website address: https://www.runzefluidsystem.com</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Human aortic smooth 
			muscle cell line CRL1999</td>
			<td>ATCC</td>
			<td>Lot Number:70019189</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Image J</td>
			<td>Imagej.net/fiji/downloads</td>
			<td>Free Download: https://fiji.sc</td>
			<td>Imaging platform that is used to identify fluorescence intensity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Incubator</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td></td>
			<td>Ensures that the temperature, 
			humidity, and light exposure is 
			exactly the same throughout 
			experiment.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Luer</td>
			<td>Runze Fluid</td>
			<td>RH-M016</td>
			<td>Official website address: https://www.runzefluidsystem.com.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope</td>
			<td>Olympus</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>mouse collagen</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>C7661</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oxygen plasma&#160;</td>
			<td>Changzhou Hongming Instrument</td>
			<td>HM-Plasma5L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pasteur pipette</td>
			<td>Biologix</td>
			<td>30-0138A1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PBS</td>
			<td>Beyotime</td>
			<td>C0221A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pen-Strep</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>P4458-100ml</td>
			<td>Antibiodics used to prevent bacterial 
			contamination of cells during culture.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>peristaltic pump</td>
			<td>Kamoer</td>
			<td>F01A-STP-B046</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Petri dish</td>
			<td>Corning</td>
			<td>430167</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PLC controller</td>
			<td>Zhejiang Jun Teng (BenT) CNC factory</td>
			<td>BR010-11T8X2M</td>
			<td>The detailed program setting can be found in supplementary. Official website address: files.http://www.btcnc.net</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>polydimethylsiloxane (PDMS)</td>
			<td>Dow Corning</td>
			<td>Sylgard 184</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SM22</td>
			<td>Abcam&#160;</td>
			<td>ab14106</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SMCM</td>
			<td>ScienCell</td>
			<td>Cat 1101</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>solenoid valve</td>
			<td>SMC (China)</td>
			<td>VQZ300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe</td>
			<td>Becton,Dickinson and Company</td>
			<td>300841</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triton-X 100</td>
			<td>Beyotime</td>
			<td>ST795</td>
			<td>To penetrate cell membranes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trizol</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>10296010</td>
			<td>Used for RNA extraction</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>trypsin</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>15400054</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>vacuum filter</td>
			<td>SMC (China)</td>
			<td>ZFC5-6</td>
			<td>Official website address: https://www.smc.com.cn</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>vacuum pump</td>
			<td>Kamoer</td>
			<td>KVP15-KL-S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>vacuum regulator</td>
			<td>AirTAC</td>
			<td>GVR-200-06</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Primers</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Primer Name</td>
			<td>Forward (5&#8217; to 3&#8217;)</td>
			<td>Reverse (5&#8217; to 3&#8217;)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SM22</td>
			<td>CCGTGGAGATCCCAACTGG</td>
			<td>CCATCTGAAGGCCAATGACAT</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CNN1</td>
			<td>CTCCATTGACTCGAACGACTC</td>
			<td>CAGGTCTGCGAAACTTCTTAGA</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

construction of a human aorta smooth muscle cell organ-on-a-chip model for recapitulating biomechanical strain in the aortic wall

تم استخدام تقنيات زراعة الخلايا ثنائية الأبعاد التقليدية والنماذج الحيوانية في دراسة تمدد الأوعية الدموية الأبهري الصدري البشري وتسلخه (TAAD). ومع ذلك ، لا يمكن في بعض الأحيان وصف TAAD البشري بالنماذج الحيوانية. هناك فجوة واضحة بين الأنواع بين الدراسات البشرية السريرية والتجارب على الحيوانات التي قد تعيق اكتشاف الأدوية العلاجية. في المقابل ، فإن نموذج زراعة الخلايا التقليدي غير قادر على محاكاة المحفزات الميكانيكية الحيوية في الجسم الحي . تحقيقا لهذه الغاية ، تطورت تقنيات التصنيع الدقيق والموائع الدقيقة بشكل كبير في السنوات الأخيرة ، مما يوفر تقنيات جديدة لإنشاء نماذج عضوية على رقاقة تكرر البيئة المكروية الميكانيكية الحيوية. في هذه الدراسة ، تم تطوير نموذج خلية العضلات الملساء للشريان الأورطي البشري (HASMC-OOC) لمحاكاة المعلمات الفيزيولوجية المرضية للميكانيكا الحيوية الأبهرية ، بما في ذلك سعة وتواتر الإجهاد الدوري الذي تعاني منه خلايا العضلات الملساء الأبهرية البشرية (HASMCs) التي تلعب دورا حيويا في TAAD. في هذا النموذج ، أصبح مورفولوجيا HASMCs ممدودا في الشكل ، ومحاذاة عموديا على اتجاه الإجهاد ، وقدم نمطا ظاهريا أكثر انقباضا في ظل ظروف الإجهاد مقارنة بالظروف التقليدية الساكنة. كان هذا متسقا مع اتجاه الخلية والنمط الظاهري في جدران الأبهر البشرية الأصلية. بالإضافة إلى ذلك ، باستخدام TAAD (BAV-TAAD) المرتبط بالصمام الأبهري ثنائي الشرف و TAAD (TAV-TAAD) الأولي المرتبط بالصمام الأبهري ثلاثي الشرف (TAV-TAAD) HASMCs المشتق من المريض ، أنشأنا نماذج مرض BAV-TAAD و TAV-TAAD ، والتي تكرر خصائص HASMC في TAAD. يوفر نموذج HASMC-OOC منصة جديدة في المختبر مكملة للنماذج الحيوانية لمزيد من استكشاف التسبب في TAAD واكتشاف الأهداف العلاجية.

يتكون نموذج HASMC-OOC من نظام التحكم في الفراغ ، ونظام الدوران ، ورقائق PDMS ، والتصميم التخطيطي لنموذج HASMC-OOC (الشكل 1). يتكون نظام التحكم في الفراغ من مضخة تفريغ وصمامات ملف لولبي ووحدة تحكم PLC. للعمل كنظام دائري ، تم استخدام مضخة تمعجية لتحديث وسط زراعة الخلايا وإضافة الأدوية. تتك...

Watch this Scientific Journal Video about Construction of a Human Aorta Smooth Muscle Cell Organ-On-A-Chip Model for Recapitulating Biomechanical Strain in the Aortic Wall at JoVE.com

Construction of a Human Aorta Smooth Muscle Cell Organ-On-A-Chip Model for Recapitulating Biomechanical Strain in the Aortic Wall

هنا ، قمنا بتطوير نموذج خلية عضلية ملساء للشريان الأورطي البشري على رقاقة لتكرار السلالة الميكانيكية الحيوية في الجسم الحي لخلايا العضلات الملساء في جدار الأبهر البشري.

بناء نموذج لخلية عضلية ملساء للشريان الأورطي البشري على رقاقة لتلخيص الإجهاد الميكانيكي الحيوي في جدار الأبهر

Conventional two-dimensional cell culture techniques and animal models have been used in the study of human thoracic aortic aneurysm and dissection ...

يحفز هذا النموذج المحفزات الميكانيكية الحيوية التي تعاني منها خلايا العضلات الملساء في الشريان الأورطي البشري. جنبا إلى جنب مع الخلايا المشتقة من المرضى ، يمكن استخدام هذا النظام لفحص المخدرات والطب الشخصي لأمراض الأبهر. يمكن لهذا النموذج أن يحاكي ويتحكم بدقة في المعلمات الميكانيكية المجردة لخلايا العضلات الملساء في الشريان الأورطي البشري ، مما يوفر منصة جديدة في المختبر لدراسة أمراض الأبهر والتسبب فيها.سيوضح الإجراء Mieradilijiang Abudubat ، طبيب الملصقات من مختبرنا. ابدأ بغسل المنطقة الجانبية اليمنى من الشريان الأورطي الصاعد باستخدام pbs معقمة ، مرة أو مرتين. قم بإزالة طبقات intima و adventitia من الأنسجة باستخدام ملقطين عينيين واحتفظ بطبقة الوسائط لحصاد الخلايا.ضع طبقة الوسائط على طبق طوله 10 سم وقطعها إلى قطعتين إلى ثلاث ملليمترات. ثم أضف خمسة ملليلتر من SMCM تحتوي على 10٪ fbs و 1٪ بنسلين ستربتومايسين إلى عينات الأنسجة. انقل الأنسجة الصغيرة إلى زجاجة الثقافة باستخدام قطارة معقمة ، وانشر الأنسجة بالتساوي.تجاهل وسط الثقافة قدر الإمكان. ثم اقلب الزجاجة رأسا على عقب. أضف ملليلتر من SMCM إلى زجاجة الثقافة المقلوبة وضعها في الحاضنة مع 5٪ من ثاني أكسيد الكربون عند 37 درجة مئوية لمدة ساعة إلى ساعتين.ثم اقلبه ببطء إلى الجانب الأيمن لأعلى وأضف ملليلتر آخر من SMCM. بعد خمسة إلى سبعة أيام من الحضانة ، استبدل SMCM بأربعة ملليلتر من SMCM الطازج. تخلص ببطء وأضف SMCM عند تغيير الوسيط.بشكل عام، تتسلق خلايا العضلات الملساء المتفرقة في غضون أسبوعين تقريبا. انقل زجاجة الثقافة برفق عند الانتقال إلى محطة المجهر. خلاف ذلك ، سوف تطفو الأنسجة وسوف تنمو الخلايا ببطء.عندما تنمو الخلايا ، قسمها إلى زجاجتين جديدتين مع أربعة ملليلتر من SMCM الطازجة. تحديد الخلايا من خلال تحليل التألق المناعي لأربع علامات محددة لخلايا العضلات الملساء. لبلمرة PDMS ، أضف عامل المعالجة أو المكون B إلى القاعدة أو المكون A واخلط المركب لمدة خمس دقائق.يعتمد الحجم على حاجة الدراسة. ضع جل PDMS المحضر في خزان شفط فراغ لمدة 30 إلى 60 دقيقة وحافظ على الضغط أقل من سالب 0.8 مللي باسكال. باستخدام برنامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر ، صمم القالب.العرف جعل قوالب الطبقات الثلاث باستخدام آلة النقش التحكم العددي الكمبيوتر عالية الدقة. بعد نحت إطار القوالب والقنوات الدقيقة باستخدام ألواح PMMA ، قم بلصقها على لوحة أخرى. صب هلام PDMS المحضر على قالب مصمم.ثم قم بالربط المتقاطع عند 70 درجة مئوية لمدة ساعة إلى ساعتين. انزع ألواح PDMS المتشابكة من القالب وقطع أغشية PDMS التجارية إلى أقسام 100 ملم × 40 ملم. قم بعمل ثقوب على ألواح PDMs الثلاثة باستخدام ثقب ثقب ملليمتر واحد لعمل مدخل ومخرج الهواء والقنوات الدقيقة المتوسطة على شريحة PDMS.عالج ألواح PDMS الثلاثة المحضرة وأغشية PDMS ببلازما الأكسجين لمدة خمس دقائق لتنشيط سطح PDMs. اضبط هواء الغرفة على معالجة الغاز ، والضغط على سالب 100 كيلو باسكال ، والتيار إلى 180 إلى 200 مللي أمبير ، والجهد إلى 200 فولت ، ووقت المعالجة إلى خمس دقائق. اربط ثلاثة ألواح PDMS واثنين من أغشية PDMS معا تحت مجهر مجسم ، بحيث تتكون الطبقة العليا من لوح PDMS للقناة الهوائية ، ثم غشاء PDMS.تتكون القناة المتوسطة من لوح PDMS ، ثم غشاء PDMs ، والطبقة السفلية هي لوح PDMS للقناة الهوائية. ضع شريحة PDMS المجمعة في حاضنة 70 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة. إعداد عدة قطر داخلي واحد ملليمتر وثلاثة خراطيم اللاتكس طول سنتيمتر.أدخل قطرا خارجيا بحجم ملليمتر واحد وإبرة من الفولاذ المقاوم للصدأ بطول سنتيمتر واحد في أحد طرفي الخرطوم المعد. ثم أدخل إغراء في الطرف الآخر من الخرطوم لإنشاء الأنبوب المتصل بالهواء والقنوات الدقيقة المتوسطة لشريحة PDMS. أدخل الأنابيب المعدة في منافذ ومداخل الهواء والقنوات الدقيقة المتوسطة على شريحة PDMS.قم بضخ ملليلتر من 80 ملليغرام لكل ملليلتر من كولاجين الفأر في القناة الدقيقة المتوسطة لشريحة PDMs ، باستخدام حقنة 2 ملليلتر ، واحتضانها في درجة حرارة الغرفة لمدة 30 دقيقة. بعد الحضانة ، قم بإزالة الكولاجين من القناة باستخدام حقنة سعة 2 ملليلتر. ضع رقائق PDMS المشفرة بالكولاجين في حاضنة 60 درجة مئوية طوال الليل.ضع رقائق PDMS في معقم للأشعة فوق البنفسجية لأكثر من ساعة. ضع رقائق PDMS المعقمة على مقعد نظيف للغاية استعدادا لتجربة الخلية. استزرع أربعة أضعاف 10 إلى خمس خلايا عضلية ملساء شريطية بشرية أساسية من المرضى الذين يستخدمون SMCM تحتوي على 2٪ FBS و 1٪ بنسلين ستربتومايسين في حاضنة 5٪ ثاني أكسيد الكربون ، تم ضبطها على 37 درجة مئوية.عندما تصل كثافة خلايا العضلات الملساء إلى 80٪ ، تخلص من SMCM ، واغسل الخلايا بملليلتر من PPS. هضم الخلايا باستخدام ملليلتر واحد من 0.25٪ tripsin لمدة دقيقتين وأجهزة الطرد المركزي في 100 RCF لمدة خمس دقائق. قم بإزالة المادة الطافية وأعد تعليق حبيبات الخلية في ملليلتر واحد من SMCM الطازج.استخدم ثمانية ملليلتر من SMCM لزراعة الخلايا على طبق زراعة 10 سم. باستخدام مقياس الخلوي ، احسب رقم الخلية وتابع التركيز النهائي لاثنين في 10 أس خمس خلايا لكل ملليلتر. صب ببطء مليلتر من PBS في القناة الدقيقة المتوسطة لرقاقة PDMS المشفرة والمعقمة بالكولاجين ثم تخلص منها لاحقا باستخدام حقنة سعة 2 ملليلتر.صب ببطء مليلتر من اثنين في 10 إلى خمس خلايا لكل ملليلتر تعليق خلايا العضلات الملساء في القناة الدقيقة للوسائط لشريحة PDMS. ثم أغلق الإغراء عند مدخل ومخرج شريحة PDMS. ضع شريحة PDMS في حاضنة ، اضبطها على 37 درجة مئوية مع 5٪ ثاني أكسيد الكربون ليوم واحد.بعد الحضانة ، عندما يتم توصيل الخلايا بغشاء PDMS في شريحة PDMS ، قم بتوصيل مخرج القناة الدقيقة الهوائية على شريحة PDMS بنظام التحكم في الفراغ. سيظهر شكل خلوي طبيعي ممدود تحت المجهر عند توصيل الخلية. على النقيض من الخلايا المستديرة المعلقة.قم بتشغيل صمام الملف اللولبي ومضخة التفريغ. افتح منظم الفراغ واضبط مستوى الضغط حسب السلالات. بعد ذلك ، ضع رقائق PDMS وحاضنة مضبوطة على 37 درجة مئوية مع 5٪ ثاني أكسيد الكربون لمدة 24 ساعة.قم بإعداد العديد من صمامات الملف اللولبي ، ومرشحات الفراغ ، ومنظمات التفريغ ، ومضخة التفريغ ، والمضخة التمعجية ، و PLC التي تتحكم في صمام الملف اللولبي. قم ببرمجة وحدة تحكم PLC واضبط الفاصل الزمني لإيقاف التشغيل على هرتز واحد. قم بتوصيل صمامات الملف اللولبي بوحدة التحكم المبرمجة.قم بتوصيل مدخل مضخة التفريغ بمرشحات التفريغ ، ثم قم بتوصيل مخرج مرشحات الفراغ بمنظمات التفريغ. قم بتوصيل مخرج منظمات الفراغ بصمامات الملف اللولبي. وأخيرا ، قم بتوصيل مخرج صمامات الملف اللولبي بمنافذ القنوات الهوائية الدقيقة لرقائق PDMS.قم بتوصيل مخرج المضخة التمعجية بمدخل القناة الدقيقة المتوسطة لشريحة PDMS ومدخل المضخة التمعجية بمخرج شريحة PDMS ذات القناة الدقيقة المتوسطة لاستبدال وسط الاستزراع والتعامل مع الأدوية. اضبط سعة الإجهاد بواسطة المنظم وتردد الإجهاد بواسطة وحدة التحكم الدقيقة. تم تقدير صلاحية خط خلايا العضلات الملساء الأبهرية البشرية ، CRL 1990 ، في شريحة PDMS ، باستخدام مقايسة حية وميتة في اليوم الثالث والخامس من زراعة الخلايا.تم العثور على صلاحية الخلية أعلى من 90٪ في اليوم الثالث واليوم الخامس. أظهر تلطيخ الهيكل الخلوي F-actin ل CRL 1990 ، في شريحة PDMS ، مورفولوجيا طبيعية للخلايا وخلايا محاذاة بشكل عمودي على السلالة بعد التمدد لمدة 24 ساعة. كان التألق المناعي للعلامات المقلصة SM22 و CNN1 أعلى في ظل ظروف الإجهاد مقارنة بالظروف الساكنة.أيضا ، تم تنظيم جينات SM22 و CNN1 في ظروف إجهاد خلايا العضلات الملساء. أظهر تلطيخ F-actin ل BAV و TAV ، تمدد الأوعية الدموية الأبهري الصدري وتشريح خلايا العضلات الملساء الأبهرية البشرية الأولية المشتقة من المريض ، مورفولوجيا طبيعية للخلايا وخلايا محاذاة بشكل عمودي على اتجاه الإجهاد بعد التمدد لمدة 24 ساعة. كان مضان SM22 و CNN1 في تمدد الأوعية الدموية الأبهري الصدري BAVTAAD و TAV وتسلخ أعلى في ظل ظروف الإجهاد منه في ظل ظروف ثابتة.على غرار مستويات التعبير الجيني SM22 و CNN1 ، والتي تم تنظيمها أيضا في ظروف الإجهاد مقارنة بالظروف الثابتة. يجب الانتباه إلى مبدأ العقم عند عزل HASMC الأساسي. بعد معالجة مختبرات PDMS والأغشية بالبلازما ، يجب عدم اتساخ الأسطح.بناء على هذا البروتوكول ، يمكن زراعة الخلايا البطانية مع خلايا العضلات الملساء ويمكن إعطاء الضغط الهائل للخلايا ذات الإجهاد الدوري لمحاكاة المزيد من القوى الميكانيكية.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Creating Two-Dimensional Patterned Substrates for Protein and Cell Confinement

إنشاء ثنائي الأبعاد ركائز منقوشة على الحبس البروتين والخلايا

Microcontact printing provides a rapid, highly reproducible method for the creation of well-defined patterned substrates.1  While microcontact printing ...

Directed Cellular Self-Assembly to Fabricate Cell-Derived Tissue Rings for Biomechanical Analysis and Tissue Engineering

توجه الخلوي الذاتي الجمعية الى افتعال خواتم نسيج الخلايا المستمدة من النشاط الحيوي لتحليل وهندسة الأنسجة

Each year, hundreds of thousands of patients undergo coronary artery bypass surgery in the United States.1 Approximately one third of these patients do ...

Rotating Cell Culture Systems for Human Cell Culture: Human Trophoblast Cells as a Model

نظم الدورية الثقافة خلية خلية للثقافة الإنسان : خلايا الأرومة الغاذية الإنسان نموذجا

The field of human trophoblast research aids in  understanding the complex environment established during placentation. Due to the  nature of these ...

Monitoring the Wall Mechanics During Stent Deployment in a Vessel

رصد ميكانيكا الحائط أثناء النشر ستينت في وعاء

Clinical trials have reported different restenosis rates for various stent designs1. It is speculated that stent-induced strain concentrations on the ...

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 ...

Tissue Engineering: Construction of a Multicellular 3D Scaffold for the Delivery of Layered Cell Sheets

هندسة الأنسجة: بناء ومتعددة الخلايا 3D سقالة لتسليم الطبقات صفائح خلية

Many tissues, such as the adult human hearts, are unable to adequately regenerate after damage.2,3 Strategies in tissue engineering propose innovations to ...

The Encapsulation of Cell-free Transcription and Translation Machinery in Vesicles for the Construction of Cellular Mimics

وتغليف من النسخ خالية من الخلايا وآلات الترجمة في الحويصلات لتشييد المقلدون الخلوية

As interest shifts from individual molecules to systems of molecules, an increasing number of laboratories have sought to build from the bottom up ...

Adapting the Electrospinning Process to Provide Three Unique Environments for a Tri-layered In Vitro Model of the Airway Wall

Adapting the Electrospinning Process to Provide Three Unique Environments for a Tri-layered In Vitro Model of the Airway Wall

تكييف عملية Electrospinning لتوفير ثلاث بيئات فريدة من نوعها لثلاثي الطبقات<em&gt; في المختبر</em&gt; نموذج جدار مجرى الهواء

Electrospinning is a highly adaptable method producing porous 3D fibrous scaffolds that can be exploited in in vitro cell culture. Alterations to ...

Construction of Defined Human Engineered Cardiac Tissues to Study Mechanisms of Cardiac Cell Therapy

بناء المهندسة القلب الأنسجة تعريف الإنسان لدراسة آليات العلاج الخلوي القلب

Human cardiac tissue engineering can fundamentally impact therapeutic discovery through the development of new species-specific screening systems that ...

Lucifer Yellow - A Robust Paracellular Permeability Marker in a Cell Model of the Human Blood-brain Barrier

لوسيفر الأصفر - علامة نفاذية شبه خلوية قوية في نموذج خلية من حاجز الدم في الدماغ البشري

The blood-brain barrier BBB consists of endothelial cells that form a barrier between the systemic circulation and the brain to prevent the exchange of ...