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

Yazarlar, bu çalışmanın Şanghay Belediyesi Bilim ve Teknoloji Komisyonu (20ZR1411700), Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (81771971) ve Şanghay Yelken Programı (22YF1406600) tarafından desteklendiğini kabul etmektedir.

İnsan aort örnekleri, Zhongshan Hastanesi, Fudan Üniversitesi Etik Komitesi'nin onayı altında birincil HASMC izolasyonu için kullanılmıştır (NO. B2020-158). Fudan Üniversitesi, Zhongshan Hastanesi'nde asendan aort cerrahisi geçiren hastalardan aort örnekleri toplandı. Katılım öncesinde tüm hastalardan yazılı bilgilendirilmiş onam alındı.
1. Birincil insan aort düz kas hücresi izolasyonu
<ol><li>Yükselen aortun sağ lateral bölgesini steril PBS, 1x-...

<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>

Mikroakışkan teknolojisinin hızla gelişmesiyle birlikte, biyoloji, tıp ve farmakoloji uygulamaları için son yıllarda bir veya daha fazla organın biyolojik fonksiyonunu ve yapısını in vitro olarak kopyalayabilen OOC modelleri ortaya çıkmıştır15. OOC, hastalık mekanizmalarını araştırmak ve klinik öncesi ilaç translasyonunu teşvik etmek için gerekli olan insan fizyolojik mikro çevresinin temel işlevlerini simüle edebilir 8,16<su...

Torasik aort anevrizması ve diseksiyonu (TAAD), yüksek morbidite ve mortalite ile ilişkili olan aort duvarının lokalize dilatasyonu veya delaminasyonudur1. İnsan aort düz kas hücreleri (HASMC'ler) TAAD'ın patogenezinde hayati bir rol oynamaktadır. HASMC'ler ölümcül olarak farklılaşmış hücreler değildir ve HASMC'ler yüksek plastisiteyi koruyarak farklı uyaranlara yanıt olarak fenotipleri değiştirmelerine izin verir2. HASMC'ler esas olarak in vivo ritmik gerilme suşuna maruz kalırlar ve bu düz kas morfolojik değişikliklerini, farklılaşmasını ve fizyolojik fonksiyonlarını düzenleyen anahtar faktörlerden biridir 3,4. Bu nedenle, HASMC'lerin çalışmasında siklik suşun rolü göz ardı edilemez. Bununla birlikte, geleneksel 2D hücre kültürleri, HASMC'lerin in vivo olarak yaşadığı siklik suşun biyomekanik stimülasyonunu çoğaltamaz. Ek olarak, bir hayvan TAAD modelinin yapımı, biküspid aort kapağı (BAV) ile ilişkili TAAD gibi bazı TAAD türleri için uygun değildir. Dahası, klinik insan çalışmaları ile hayvan deneyleri arasındaki tür farkı göz ardı edilemez. Klinik pratikte farmasötik translasyonu engellemektedir. Bu nedenle, aort hastalıklarının araştırılmasında in vivo biyomekanik ortamı simüle etmek için daha karmaşık ve fizyolojik sistemlere acil bir ihtiyaç vardır.
Biyomedikal araştırma ve ilaç geliştirmede kullanılan hayvan deneyleri maliyetli, zaman alıcı ve etik olarak sorgulanabilir. Ek olarak, hayvan çalışmalarından elde edilen sonuçlar sıklıkla insan klinik çalışmalarında elde edilen sonuçları tahmin edememektedir 5,6. İnsan preklinik modellerinin eksikliği ve klinik çalışmalardaki yüksek başarısızlık oranı, klinik için az sayıda etkili ilaçla sonuçlanmış ve bu da sağlık bakım maliyetlerini artırmıştır7. Bu nedenle, hayvan modellerini tamamlamak için başka deneysel modeller bulmak acildir. Mikrofabrikasyon ve mikroakışkan teknikler son yıllarda büyük ölçüde gelişmiştir ve geleneksel 2D hücre kültürü tekniklerinin dezavantajlarını gideren ve fizyolojik çalışmalar ve ilaç geliştirme için daha gerçekçi, düşük maliyetli ve verimli bir in vitro model oluşturan çip üzerinde organoidler modelleri oluşturmak için yeni teknikler sağlamıştır. Mikroakışkan cihazlar kullanılarak, bir doku veya organın temel işlevlerini çoğaltmak için farklı uyaranlara sahip mikrometre büyüklüğündeki odalarda canlı hücreleri kültürlemek için çip üzerindeki organlar kurulur. Sistem, tek veya çoklu mikroakışkan mikrokanallardan oluşur; ya bir doku tipinin işlevlerini çoğaltan perfüze edilmiş bir odada kültürlenmiş bir tür hücre ya da farklı dokular arasındaki arayüzleri yeniden oluşturmak için gözenekli membranlar üzerinde kültürlenmiş farklı hücre tipleri. Hasta kaynaklı hücrelerle birleştirilen mikroakışkan bazlı organoidler, fare ve insan hastalığı modelleri arasındaki büyük tür farkını köprüleme ve hastalık mekanizması araştırması ve ilaç keşfi için geleneksel 2D hücre kültürünün dezavantajlarının üstesinden gelme konusunda benzersiz bir avantaja sahiptir. Son birkaç yılda mikroakışkanların hızlı bir şekilde gelişmesiyle birlikte, araştırmacılar kompleks in vivo biyolojik parametreleri kopyalayan in vitro çip üzerinde organ (OOC) modellerinin yararlılığını fark etmişlerdir8. Bu mikroakışkan organoidler, siklik gerinim, kesme gerilmesi ve sıvı basıncı gibi in vitro biyomekanik ortamları simüle ederek üç boyutlu (3B) bir hücre kültürü ortamı sağlar. Bugüne kadar, akciğer9, böbrek 10, karaciğer 11, bağırsak12 ve kalp13 gibi organlarda biyomekanik uyaranları simüle etmek için çeşitli OOC modelleri kurulmuştur, ancak bunlar insan aort hastalığının incelenmesine yaygın olarak uygulanmamıştır.
Bu çalışmada, TAAD hasta kaynaklı primer HASMC'lere uygulanan biyomimetik mekanik kuvvetleri ve ritimleri kontrol edebilen bir insan aort düz kas hücre organı-on-a-chip (HASMC-OOC) modeli sunulmuştur. Çip, kanallarla kazınmış üç katmanlı kalın polidimetilsiloksan (PDMS) plakalarından ve ticarileştirilmiş iki yüksek esnekliğe sahip PDMS membranından oluşur. HASMC'ler PDMS membranları üzerinde kültürlenir. Çipin ortasındaki kanal, hücre kültürü için bir kültür ortamı ile doldurulur. Çipin üst ve alt kanalları, PDMS membranlarının mekanik çekme geriniminin ritmini ve frekansını kontrol edebilen bir vakum basıncı besleme sistemine bağlanır. HASMC'lerin yaşadığı ritmik gerinim, HASMC-OOC'de simüle edilebilir ve geleneksel 2D kültür sistemleriyle işlevsel olarak elde edilemeyen doku veya organın biyomekanik mikro ortamını çoğaltır. Yüksek çözünürlüklü, gerçek zamanlı görüntüleme ve biyomekanik mikroçevre avantajı ile canlı hücrelerin biyokimyasal, genetik ve metabolik aktiviteleri doku gelişimi, organ fizyolojisi, hastalık etiyolojisi, moleküler mekanizmalar ve biyobelirteç tanımlama, kardiyovasküler hastalık ve aort hastalığı açısından incelenebilir. Dokuya özgü ve hasta hücreleri ile birleştirilen bu sistem, ilaç taraması, kişiselleştirilmiş tıp ve toksisite testi için kullanılabilir. Bu HASMC-OOC modeli, aort hastalığının patogenezini incelemek için yeni bir in vitro platform sunmaktadır.

<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

İnsan torasik aort anevrizması ve diseksiyonu (TAAD) çalışmasında geleneksel iki boyutlu hücre kültürü teknikleri ve hayvan modelleri kullanılmıştır. Bununla birlikte, insan TAAD bazen hayvan modelleri ile karakterize edilemez. Klinik insan çalışmaları ile hayvan deneyleri arasında, terapötik ilaçların keşfini engelleyebilecek belirgin bir tür boşluğu vardır. Buna karşılık, geleneksel hücre kültürü modeli in vivo biyomekanik uyaranları simüle edemez. Bu amaçla, mikrofabrikasyon ve mikroakışkan teknikler son yıllarda büyük ölçüde gelişmiş ve biyomekanik mikro çevreyi kopyalayan çip üzerinde organoidler modelleri oluşturmak için yeni teknikler sağlamıştır. Bu çalışmada, TAAD'da hayati bir rol oynayan insan aort düz kas hücrelerinin (HASMC'ler) yaşadığı siklik suşun genliği ve sıklığı da dahil olmak üzere aort biyomekaniğinin patofizyolojik parametrelerini simüle etmek için bir insan aort düz kas hücresi organı-on-a-chip (HASMC-OOC) modeli geliştirilmiştir. Bu modelde, HASMC'lerin morfolojisi şekil olarak uzamış, gerinim yönüne dik olarak hizalanmış ve gerinim koşulları altında statik konvansiyonel koşullara göre daha kasılı bir fenotip sunmuştur. Bu, doğal insan aort duvarlarındaki hücre oryantasyonu ve fenotipi ile tutarlıydı. Ek olarak, biküspid aort kapağı ile ilişkili TAAD (BAV-TAAD) ve triküspid aort kapağı ile ilişkili TAAD (TAV-TAAD) hasta kaynaklı primer HASMC'leri kullanarak, TAAD'da HASMC özelliklerini kopyalayan BAV-TAAD ve TAV-TAAD hastalık modellerini kurduk. HASMC-OOC modeli, TAAD'ın patogenezini daha fazla araştırmak ve terapötik hedefleri keşfetmek için hayvan modellerini tamamlayan yeni bir in vitro platform sunmaktadır.

HASMC-OOC modeli, bir vakum kontrol sistemi, bir dolaşım sistemi ve PDMS yongalarından ve HASMC-OOC modelinin şematik tasarımından oluşur (Şekil 1). Vakum kontrol sistemi bir vakum pompası, solenoid valfler ve bir PLC kontrolöründen oluşur. Dolaşım sistemi olarak hareket etmek için, hücre kültürü ortamını yenilemek ve ilaç eklemek için peristaltik bir pompa kullanıldı. PDMS çipi, hücre büyümesi için iki vakum odasından ve SMCM ile doldurulmuş bir orta odadan o...

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

Burada, insan aort duvarındaki düz kas hücrelerinin in vivo biyomekanik suşunu çoğaltmak için bir insan aort düz kas hücresi organı-on-a-chip modeli geliştirdik.

Aort Duvarındaki Biyomekanik Suşu Özetlemek İçin İnsan Aort Düz Kas Hücresi Organ-On-A-Chip Modelinin Yapımı

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

Bu model, insan aortunda düz kas hücrelerinin yaşadığı biyomekanik uyaranları uyarır. Hasta kaynaklı hücrelerle birleştirilen bu sistem, ilaç taraması ve aort hastalıklarının kişiselleştirilmiş tıbbı için kullanılabilir. Bu model, insan aortundaki düz kas hücrelerinin çıplak mekanik parametrelerini taklit edebilir ve hassas bir şekilde kontrol edebilir, bu da aort hastalıklarının incelenmesi ve patogenezi için yeni bir in vitro platform sağlar.Prosedürü gösteren, laboratuvarımızdan bir poster doktoru olan Mieradilijiang Abudubat'tır. Yükselen aortun sağ lateral bölgesini steril pbs ile bir veya iki kez yıkayarak başlayın. İki oftalmik forseps ile dokunun intima ve adventitia katmanlarını çıkarın ve hücreleri toplamak için medya tabakasını koruyun.Medya katmanını 10 santimetrelik bir kaba yerleştirin ve iki ila üç milimetrelik parçalar halinde kesin. Daha sonra, doku örneklerine % 10 fbs ve% 1 penisilin streptomisin içeren beş mililitre SMCM ekleyin. Küçük dokuyu steril bir damlalıkla kültür şişesine taşıyın ve dokuyu eşit şekilde yayın.Kültür ortamını mümkün olduğunca atın. Sonra şişeyi baş aşağı çevirin. Ters çevrilmiş kültür şişesine iki mililitre SMCM ekleyin ve bir ila iki saat boyunca 37 santigrat derecede% 5 karbondioksit ile inkübatöre yerleştirin.Sonra yavaşça sağa doğru çevirin ve iki mililitre SMCM daha ekleyin. Beş ila yedi günlük inkübasyondan sonra, SMCM'yi dört mililitre taze SMCM ile değiştirin. Ortamı değiştirirken SMCM'yi yavaşça atın ve ekleyin.Genel olarak, sporadik düz kas hücreleri yaklaşık iki hafta içinde dışarı çıkar. Bir mikroskop istasyonuna giderken kültür şişesini nazikçe taşıyın. Aksi takdirde, dokular yüzer ve hücreler yavaşça büyür.Hücreler büyüdüğünde, onları dört mililitre taze SMCM içeren iki yeni kültür şişesine bölün. Düz kas hücreleri için dört spesifik belirtecin immünofloresan analizi yoluyla hücreleri tanımlayın. PDMS'yi polimerize etmek için, kürleme maddesini veya B bileşenini tabana veya A bileşenine ekleyin ve kompleksi beş dakika boyunca karıştırın.Hacim, etüdün ihtiyacına bağlı olacaktır. Hazırlanan PDMS jelini 30 ila 60 dakika boyunca bir vakum ekstraksiyon tankına yerleştirin ve basıncı negatif 0,8 mili pascal'ın altında tutun. Bilgisayar destekli tasarım yazılımı kullanarak kalıbı tasarlayın.Özel, yüksek hassasiyetli bir bilgisayar sayısal kontrol gravür makinesi kullanarak üç katmanın kalıplarını yapın. PMMA plakalarını kullanarak kalıpların ve mikro kanalların çerçevesini oyduktan sonra, bunları başka bir plakaya yapıştırın. Hazırlanan PDMS jelini tasarlanmış bir kalıba dökün.Daha sonra bir ila iki saat boyunca 70 santigrat derecede çapraz bağlayın. Çapraz bağlı PDMS plakalarını kalıptan çıkarın ve ticarileştirilmiş PDMS membranlarını 100 milimetre x 40 milimetrelik kesitler halinde kesin. PDMS çipi üzerindeki hava ve orta mikro kanalların giriş ve çıkışını yapmak için bir milimetrelik delik delici kullanarak üç PDM plakasındaki delikleri delin.PDM'lerin yüzey aktivasyonu için hazırlanan üç PDMS levhasını ve iki PDMS membranını beş dakika boyunca oksijen plazma ile tedavi edin. Oda havasını gazı işlemeye, basıncı negatif 100 kilopaskal, akımı 180 ila 200 miliamper iskeleye, voltajı 200 volta ve işlem süresini beş dakikaya ayarlayın. Üç PDMS levhayı ve iki PDMS membranını stereoskopik bir mikroskop altında birbirine bağlayın, böylece üst tabaka hava kanalı PDMS levhasından, ardından PDMS membranından oluşur.Orta kanal PDMS levhadan, daha sonra PDM'lerin membranından oluşur ve alt katman hava kanalı PDMS levhasıdır. Monte edilen PDMS çipini bir saat boyunca 70 santigrat derecelik bir inkübatöre yerleştirin. Birkaç milimetre iç çap ve üç santimetre uzunluğunda lateks hortum hazırlayın.Hazırlanan hortumun bir ucuna bir milimetre dış çap ve bir santimetre uzunluğunda paslanmaz çelik iğne yerleştirin. Ardından, PDMS çipinin havasına ve orta mikro kanallarına bağlı tüpü oluşturmak için hortumun diğer ucuna bir cazibe yerleştirin. Hazırlanan tüpleri PDMS çipi üzerindeki hava ve orta mikro kanalların çıkışlarına ve girişlerine yerleştirin.İki mililitrelik bir şırınga kullanarak, mililitre fare kolajeni başına iki mililitre 80 miligram fare kolajenini PDM çipinin orta mikro kanalına uygulayın ve 30 dakika boyunca oda sıcaklığında inkübe edin. Kuluçkadan sonra, kollajeni kanaldan iki mililitrelik bir şırınga ile çıkarın. Kollajen kodlu PDMS yongalarını gece boyunca 60 santigrat derecelik bir inkübatöre yerleştirin.PDMS yongalarını bir saatten fazla bir süre UV sterilizatörüne yerleştirin. Sterilize edilmiş PDMS çiplerini, hücre deneyine hazırlık olarak ultra temiz bir tezgaha yerleştirin. 37 santigrat dereceye ayarlanmış bir karbondioksit inkübatöründe% 2 FBS ve% 1 penisilin streptomisin içeren SMCM kullanan hastalardan beş birincil insan aort düz kas hücresine dört kez 10 kez kültür.Düz kas hücresi yoğunluğu% 80'e ulaştığındaSMCM'yi atın ve hücreleri iki mililitre PPS ile yıkayın. Hücreleri iki dakika boyunca bir mililitre% 0.25 tripsin kullanarak sindirin ve beş dakika boyunca 100 RCF'de santrifüj yapın. Süpernatantı çıkarın ve hücre peletini bir mililitre taze SMCM'de yeniden askıya alın.Hücreleri 10 santimetrelik bir kültür kabında kültürlemek için sekiz mililitre SMCM kullanın. Bir sitometre kullanarak, hücre sayısını hesaplayın ve mililitre başına beş hücreye iki kez 10 nihai konsantrasyonla devam edin. Kollajen kodlu ve sterilize edilmiş PDMS çip orta mikro kanalına yavaşça iki mililitre PBS dökün ve daha sonra iki mililitrelik bir şırınga kullanarak atın.PDMS çipinin ortam mikrokanalına mililitre düz kas hücresi süspansiyonu başına beş hücreye iki kez 10 oranında iki mililitre yavaşça dökün. Ardından, PDMS yongasının giriş ve çıkışındaki cazibeyi kapatın. PDMS çipini bir gün boyunca% 5 karbondioksit ile 37 santigrat dereceye ayarlanmış bir inkübatöre yerleştirin.Kuluçkadan sonra, hücreler PDMS çipindeki PDMS membranına bağlandığında, PDMS çipi üzerindeki hava mikrokanalının çıkışını vakum kontrol sistemine bağlayın. Hücre bağlandığında mikroskop altında uzatılmış normal bir hücresel form görülecektir. Asılı yuvarlak hücrelerle tezat oluşturuyor.Solenoid valfi ve vakum pompasını açın. Vakum regülatörünü açın ve gerinimlere bağlı olarak basınç seviyesini ayarlayın. Ardından, PDMS yongalarını ve 24 saat boyunca% 5 karbondioksit ile 37 santigrat dereceye ayarlanmış bir inkübatörü yerleştirin.Birkaç solenoid valf, vakum filtreleri, vakum regülatörleri, bir vakum pompası, bir peristaltik pompa ve solenoid valfi kontrol eden bir PLC hazırlayın. PLC kontrolörünü programlayın ve açma zaman aralığını bir hertz'e ayarlayın. Solenoid valfleri programlanmış kontrolöre bağlayın.Vakum pompasının girişini vakum filtrelerine bağlayın ve ardından vakum filtrelerinin çıkışını vakum regülatörlerine bağlayın. Vakum regülatörlerinin çıkışını solenoid valflere bağlayın. Son olarak, solenoid valflerin çıkışını PDMS yongalarının hava mikrokanallarının çıkışlarına bağlayın.Kültür ortamı değişimi ve ilaç kullanımı için peristaltik pompanın çıkışını PDMS çipinin orta mikrokanalının girişine ve peristaltik pompanın girişini orta mikrokanal PDMS çipinin çıkışına bağlayın. Gerinimin genliğini regülatör tarafından ve gerinim frekansını mikro denetleyici ile ayarlayın. PDMS çipinde insan aort düz kas hücre hattının yaşayabilirliği, CRL 1990, hücre kültürünün üçüncü ve beşinci gününde canlı ve ölü bir tahlil kullanılarak tahmin edildi.Hücre canlılığı, üçüncü gün ve beşinci günde% 90'dan daha yüksek bulundu. PDMS çipinde CRL 1990'ın sitoiskelet F-aktin boyaması, normal hücre morfolojisini ve hücrelerin 24 saat gerildikten sonra suşa dik olarak hizalandığını gösterdi. Kasılma belirteçleri SM22 ve CNN1'in immünofloresansı, statik koşullara kıyasla gerinim koşulları altında daha yüksekti.Ayrıca, SM22 ve CNN1 genleri, düz kas hücrelerinin gerilme koşullarında yukarı regüle edildi. BAV ve TAV'ın F-aktin boyaması, torasik aort anevrizması ve hasta kaynaklı primer insan aort düz kas hücrelerinin diseksiyonu, normal hücre morfolojisi ve hücrelerin 24 saat gerildikten sonra gerilme yönüne dik olarak hizalandığını gösterdi. BAVTAAD ve TAV torasik aort anevrizması ve diseksiyonunda SM22 ve CNN1 floresansı gerilme koşullarında statik koşullara göre daha yüksekti.SM22 ve CNN1'in gen ekspresyon seviyelerine benzer şekilde, statik koşullara kıyasla gerinim koşullarında da yukarı regüle edilmiştir. Birincil HASMC'yi izole ederken sterilite ilkesine dikkat edilmelidir. PDMS laboratuvarları ve membranlar plazma ile muamele edildikten sonra, yüzeyler kirlenmemelidir.Bu protokole dayanarak, endotel hücreleri düz kas hücreleri ile birlikte kültürlenebilir ve daha fazla mekanik kuvveti daha fazla simüle etmek için siklik gerinimli hücrelere saf stres verilebilir.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Creating Two-Dimensional Patterned Substrates for Protein and Cell Confinement

Protein ve hücre Etrafının İki Boyutlu Desenli Yüzeyler Oluşturma

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

Hücresel Self-Meclis Biyomekanik Analizi ve Doku Mühendisliği, Hücre-Türetilmiş Doku Yüzüklerin Üretiyor yönelik

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

İnsan Hücre Kültürü Döner Hücre Kültür Sistemleri: Bir Model Olarak İnsan trofoblast Hücreleri

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

Bir Gemi Stent Dağıtım sırasında Duvar Mekaniği izlenmesi

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

Yöntem kan-beyin bariyerini bir insan hücre tabanlı bir İletişim Modelinin Hazırlanması için Geliştirilmiş

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

Doku Mühendisliği: Katmanlı Hücre Sheets teslimi için bir Multisellüler 3D İskele İnşaatı

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

Hücresel Mimics İnşası için Veziküller Hücre-ücretsiz Transkripsiyon ve Çeviri Makine Sarma

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

Elektrospinning Süreci Uyarlama bir Tri-katmanlı için üç Benzersiz ortamlar sağlamak için<em&gt; In Vitro</em&gt; Havayolu Wall Modeli

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

Tanımlı İnsan Engineered Kalp Dokuların inşaatı Kardiyak Hücre Tedavisinin Mekanizmaları Eğitim için

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

Lucifer Sarı - İnsan Kan-beyin Bariyerbir Hücre Modeli sağlam bir Parasellüler Geçirgenlik Marker

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 ...