Method Article
אנו מציגים הליך לשליטה אשכול תא ראשוני הצורה מטריצה חוץ-תאית תלת-ממד כדי לקבל צורה דפוס הדיר. מכשיר מעוקב המכיל שני hydrogels שונים הוא מועסק כדי להשיג הדמיה רב כיוונית עבור צורה דפוס רקמות.
החשיבות של תרבויות 3D במבחנה מודגשת במידה ניכרת בתרבות תא/רקמות. עם זאת, חוסר ניסיוני הדיר הוא אחד את ההגבלות שהיא מטילה. הפקת תוצאות הדיר כמה תבניות מתדרדר הניתוח של המנגנונים הארגון עצמית. הפחתת וריאציה של תנאי התרבות הראשונית צפיפות התאים והפצה מטריצה חוץ-תאית (ECM), חיוני לשפר את הדיר של תרבות תלת-ממד. במאמר זה נדגים הליך פשוט אך חזקים לשליטה הצורה אשכול תא הראשונית מטריצה חוץ-תאית תלת-ממד כדי לקבל תבנית מאוד הדיר תצורות. Micromold לצורה הרצויה היה מפוברק על-ידי שימוש פוטוליתוגרפיה או תהליך עיבוד שבבי, הוא נוצר כיס תלת-ממד ב- ECM הכלול קוביה ג'ל היברידית (HGC). תאים מרוכז ואז הוזרקו בכיס כך הצורה אשכול תא מתאימים עם הצורה עובש מפוברק. HGC מועסקים מותר רב כיוונית סריקה על ידי הסיבוב שלה, שאיפשר דימות ברזולוציה גבוהה ועל לכידתו של המבנה כולו רקמות למרות עדשת הגדלה נמוכה שימש. אדם נורמלי הכיל. תאים אפיתליים הסמפונות שימשו כדי להדגים את המתודולוגיה.
חשיבותה של תרבות 3D, אשר כדאי מחקה סביבות ביולוגי מאשר תרבות 2D, מודגשת במידה ניכרת תא/רקמות תרבות1,2,3. האינטראקציה בין תאים מטריצה חוץ-תאית (ECM) מספק רמזים חשובים לגבי מורפוגנזה4,5. תצורות רקמות רבים יכולים לצאת רק תחת סביבות תלת-ממד, כגון תהליך קיפול6,7, invagination8ו מבנה צינורי9,10. עם זאת, הקשיים למנוע חוקרים הסטה ל ניסויים תלת-ממד של ניסויים 2D בצלחת. אחד הקשיים העיקריים בניסויים 3D הוא הנושא של דגימות 3D הדמיה. לעומת ניסויים מישורי, רכישת תמונות תלת-ממד המתאים הוא עדיין מאתגר במקרים רבים. בפרט, קבלת תמונה תלת-ממדית המתאימה היא משימה קשה כאשר גודל המדגם מגיע הטווח מ מ בשל העומק מוקד גדול של עדשות ההגדלה נמוך. לדוגמה, עומק מוקד מגיע יותר מ 50 מיקרומטר כאשר 10 x עדשת הגדלה בזמן הגודל של התא הבודד הוא בדרך כלל פחות מ- 10 מיקרומטר. כדי לשפר את איכות הדמיה, מפתחים מערכות טכנולוגיה מיקרוסקופ (למשל מיקרוסקופ שני הפוטונים11 ו מערכת מיקרוסקופ אור-גיליון12), אבל את זמינותם מוגבל בשל מחירן יקר. כחלופה, פותחו בעבר היברידית ג'ל קוביה (HGC) התקן13. המכשיר מורכב משני סוגים של hydrogels: agarose ג'ל תמיכה, ECM כמו קולגן או Matrigel כמו ג'ל תרבות. HGC מאפשר לנו לאסוף את הדגימה במהלך culturing לסובב את הקוביה כדי להשיג הדמיה רב כיוונית, אשר פותר את הבעיה של מוקד עומק14.
קושי נוסף בניסויים 3D הוא שלהם הדיר נמוכה בשל בקירות וצפיות המסכן סביבות תלת-ממד. בניגוד תרבות מישורי בצלחת פלסטיק, בווריאציות התנאים התרבות הראשונית בקלות להתרחש במרחב תלת-ממדי מוקף בחומר רך. וריאציה משמעותי בתוצאות הניסוי מתדרדר את הניתוח הבא ומסכות המנגנונים המשמשת כבסיס. טכנולוגיות הנדסיות רבות פותחו ליישור במרחב תאים בודדים, כגון15,bioprinting16, סיבים אריגה17, פיגומים18, אבל הם דורשים preprocessing מורכבים או באופן ספציפי ציוד מעוצב. לעומת זאת, פיתחנו מתודולוגיה להשגת תא 3D יישור HGC19.
ב פרוטוקול זה, אנחנו מאויר הליך פשוט עם ציוד נפוץ לשליטה הצורה אשכול 3D תא הראשונית HGC. ראשית, הודגם תהליך ייצור HGC. לאחר מכן, micromolds מפוברק על ידי פוטוליתוגרפיה או תהליך עיבוד שבבי יכניסו את HGC לייצר כיס עם צורה שרירותית ב- ECM. לאחר מכן, הוזרקו תאים בעלי צפיפות גבוהה לאחר צנטריפוגה לתוך הכיס כדי לשלוט בצורה אשכול תא הראשונית ב HGC. האשכול התא מבוקרת בדיוק יכול לדימות מכיוונים רבים בגלל HGC. האדם הסמפונות אפיתל (NHBE) תאים נורמליים שימשו כדי להפגין השליטה של הצורה אשכול תא ראשוני והדמיה של הענפים מכיוונים רבים לשיפור איכות הדמיה.
1. ייצור של היברידית ג'ל קוביה התקן
2. ייצור של micromolds על ידי פוטוליתוגרפיה או תהליך עיבוד שבבי
3. שליטה הצורה אשכול תא הראשונית הידרוג
4. רב כיוונית הדמיה
האדם הסמפונות אפיתל (NHBE) תאים נורמליים שימשו כדי להדגים את המתודולוגיה מאויר ולשלוט הגיאומטריה תא קולקטיבית הראשונית כדי להשיג את צורת גליל צורה פריזמה, בהתאמה בסביבה ECM. רב כיוונית הדמיה התוצאות המתקבלות על ידי ניגודיות שלב, כמו גם phalloidin מכתים של צורת גליל (איור 4AB), הצורה פריזמה (איור 4CD) מוצגים. התאים מיושרים כראוי להניב הצורה התלת-ממדית הרצויה בסביבת ECM. לאחר מכן, התאים היו בתרבית במשך ארבעה ימים ליצור צורה מסוימת, ואז נותחו על ידי הדמיה רב כיוונית. גודל המדגם גדול עושה את זה די קשה כדי ללכוד את התמונה כולה רקמות מכיוון אחד; אולם, HGC מותר הדמיה עד שישה צדדים, חושף את הצורה כל רקמות. איור 5 מראה את התוצאות immunostaining של עץ הסמפונות פיתח את התאים NHBE. התאים NHBE נשלטו בתחילה כדי בצורת גליל ב- HGC. לאחר מכן, רוב הענפים היו מכוונת בניצב לציר גלילי.
איור 1: תהליך ייצור של היברידית ג'ל קוביה התקן. (א) במסגרת מעוקב פוליקרבונט מוגדר על קופסת הקרח precooled. Agarose (B) (1.5%) מוזרק כדי לכסות את המשטח התחתון. (ג) הקוביה היא החליקה להיות שנאספו. (ד) הקוביה מסובבים את לעשות משטח אחר למטה. (E) Agarose (1.5%) מוזרק כדי ליצור קיר agarose נוסף. (F) לאחר שלוש פנים המופק קיר של agarose, agarose מוזרק דרך פנים פתוח. סרגל קנה מידה: 5 מ מ. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 2: תהליך ייצור של micromolds. (א) ייצור תהליך של micromold מאת פוטוליתוגרפיה. (B) בצורה מלאה של micromold צורה פריזמה מפוברק על ידי פוטוליתוגרפיה. (ג) המציא micromold עם גליל פלדה. סרגל קנה מידה: (B) 2 מ מ, (ג) 10 מ מ. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 3: תהליך ייצור השליטה באשכול הראשוני תא. ECM (A) (למשל, קולגן ו- Matrigel) מוזרק HGC. (B) micromold שוכן על המסגרת מעוקב עם או בלי בעל. (ג) לאחר ה ECM נרפאה, מוסר את micromold. (ד) לאחר צריך שתוציאו, בעלי צפיפות גבוהה תאים מוזרק, מתפשט. בינוני (E) מוחל. ECM נוספים (F), ואחריו agarose מוזרקים כדי לכסות את המשטח העליון של HGC. סרגל קנה מידה: 5 מ מ. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 4: תוצאות תא הראשונית של שליטה עם תאים NHBE. (א) תמונות בניגודיות שלב של התאים NHBE cylindrically מבוקרת שנדרשו עבור המשטח התחתון, לרוחב. . עלולים לזהות את כל הצורה באמצעות התבוננות רב כיוונית ללא צורך הדמיה פלורסנט. (B) זריחה תמונות של התאים NHBE cylindrically מבוקרת צביעת F-אקטין. (ג) שלב חדות תמונות של NHBE תאי מבוקר בצורת מנסרה משולשת שנלכד על משטחים התחתון ולא לרוחב. (ד) זריחה תמונות של התאים NHBE נשלט בצורת מנסרה משולשת. סרגל קנה מידה: 100 מיקרומטר. 10 x עדשת הגדלה (מפתח נומרי 0.3) שימש. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 5: מוקרן פלורסנט תמונות שנלכדו סריקה רב כיוונית. התאים NHBE היו בתחילה מבוקר כדי לייצר בצורת גליל, תרבותי ב HGC ארבעה ימים. לאחר מכן, אקטין הוכתם phalloidin. הענפים היו מוארך מן הגליל הראשונית לאורך ציר x, אורך, בגודל זווית הציר פותחו באותה מידה. תמונה מימין התחתון מציג שתתמודדו הציר x-y-z וגם צורת הדגימה. סרגל קנה מידה: 100 מיקרומטר. נעשה שימוש של 10 x עדשת הגדלה (מפתח נומרי 0.3). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
השיטה המובאת בעיתון הזה הוא פשוט, יכול להתבצע ללא ציוד טכנולוגיה. במקביל, ניתן להשיג תוצאה שליטה צורה של אשכול תא מדויק במרחב תלת-ממדי של הידרוג. לאחר הפקד הראשונית, התאים יכולים לגדול ב- HGC עד כמה הם בתרבית על צלחת. ההדמיה רב כיוונית מתבצע על ידי סיבוב הדגימה עם HGC באמצעות כל מערכת מיקרוסקופ, מגבירה באופן משמעותי את איכות הדמיה. הבחירה של החומרים עבור מסגרת HGC ו- micromold הוא גמיש, כל עוד הם מסתיימים. מדפסת תלת-ממד עשוי לשמש כדי לייצר את המסגרת HGC או micromold אם הדיוק של המדפסת 3D מספיקה על היישומים שלהם. השיטה המוצעת הוא תואם עם תמונות רבות שיפור טכנולוגיות כגון שקיפות ריאגנטים20,21 גיליונות אור מיקרוסקופ ומערכות. על ידי שימוש בטכנולוגיות אלה, ניתן לשפר את איכות התמונה.
עוצמת הקול של agarose, ECM, תאים בעלי צפיפות גבוהה כדי להיות מוזרק תלויה בגודל HGC ועובש. פעולה ידנית של זהיר לא מזריקות בועות אוויר נדרש, אחרת הבועות נוצר יחריף את הדיוק של שליטה, צמיחת תאים, איכות הדמיה.
תהליך ייצור micromolds ייקבע על ידי לצורה הרצויה כדי לשלוט. פוטוליתוגרפיה מאפשר ייצור של צורות דו-ממדיות מדויק עם עומק מסוים, כגון צורה פריזמה הסדר מיקרומטר; עם זאת, היא לא יעילה עם צורות תלת-ממד, כגון גליל... תהליך עיבוד שבבי מאפשר לנו לפברק הצורה התלת-ממדית, אך באופן כללי, הדיוק תלת-ממדי הוא נמוך יותר מאשר פוטוליתוגרפיה. לאחר ייצור של micromolds, ציפוי של הפולימר phosphorylcholine (MPC) 2-methacryloyloxyethyl התבניות נדרשת כדי למנוע הידבקות ב- ECM.
על-ידי ניצול HGC, ניתן לבצע הדמיה מיקרוסקופיים עם או בלי חשיפה ללייזר בכיוונים מרובים. צורת הדגימה 3D יכול כ יזוהו על-ידי התבוננות רב כיוונית ללא תיוג פלורסנט; שיטה זו אינה גורמת כל invasiveness תא במהלך התצפית. לעומת זאת, הדמיה פלורסנט נדרש לקבלת צורה מדויקת יותר מדגם התלת-ממד וביטוי מולקולרית.
האילוץ של השיטה הציג לבקרת תא הראשונית היא כי זה לא ניתן להחיל תבנית עם צורה תלת-ממדית מורכבת. העובש יש להסירו ע י הרמת ללא מתדרדר ECM. לפיכך, כייר מוגבל על צורה פשוטה של ישרים או מחודדות. כדי להשיג שליטה צורה מורכבת יותר, בהמשך פיתוח של הפרוטוקול נדרשת.
המתודולוגיה המוצעת יש כלי רחב והוא יכול להתבצע בקלות במרבית סביבות מעבדה. נוהל פשוט זה יכול להתגבר על המגבלות של תרבות 3D הדמיה, הדיר, לתרום להמשך פיתוח נדרש לתרבות תלת-ממד.
המחברים ו אוסקה פריפקטורה של אוניברסיטת קיושו מכון טכנולוגי הגישו בקשה לרישום פטנט היברידית ג'ל קוביה המכשיר, ואת ניפון רפואי, מכשירים כימי ושות' בע מ, יפן יש לאחרונה ממוסחר הקוביה. החברה לא השפיע על כל של עיצוב, תהליך, בשיטות המתוארות.
עבודה זו נתמכה כלכלית על ידי JSPS KAKENHI (18H 04765) ואת התוכנית להפצת מערכת מעקב אחר הקביעות, MEXT, יפן.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
12-well-plate | Corning Inc. | 3513 | |
2-Methoxy-1-methylethyl Acetate | FUJIFILM Wako Pure Chemical Co. | 130-10505 | PGMEA, CAS: 108-65-6 |
4% paraformaldehyde | FUJIFILM Wako Pure Chemical Co. | 161-20141 | CAS: 30525-89-4 |
Agarose, low gelling temperature BioReagent | Sigma-Aldrich | A9414 | |
Alexa fluor 488 phalloidin | Thermo Fisher Scientific | A12379 | |
AZ1512 | Merck | ||
BEGM bullet kit | Lonza | CC-3170 | Specialized medium for NHBE cells |
Bovine Serum Albumin solution (10 %) | Sigma-Aldrich | A1595 | |
EGM-2 bullet kit | Lonza | CC-3162 | Specialized medium for endothelial cells |
Lipidure | NOF co. | MPC polymer | |
Matrigel growth factor reduced basement membrane matrix | Corning Inc. | 354230 | |
Normal Goat Serum (10%) | Thermo Fisher Scientific | 50197Z | |
Normal human bronchial epithelial cells | Lonza | CC-2541 | |
SILPOT 184 W/C | Dow Corning Co. | 3255981 | Base resin and catalyst for PDMS |
SUEX D300 | DJ MicroLaminates, Inc | Thick negative photoresist (thichness: 300 mm) | |
Triton X-100 (1%) | Thermo Fisher Scientific | HFH10 | |
Trypsin-EDTA (0.25%) | Thermo Fisher Scientific | 25200056 | |
TWEEN 20 | Sigma-Aldrich | P9416 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved