مدل کبدی مشتق از iPSCهای انسانی زیست تقلید ریزآزایی شده قطعی از طریق بیوپرینت سه بعدی سریع
تاریخ انتشار: یکشنبه 25 بهمن 1394
| امتیاز:
بلوغ و نگهداری عملکردی سلول های کبدی مشتق از سلول های بنیادی پرتوان القایی انسانی(hiPSCs) برای غربالگری های دارویی شخصی آزمایشگاه و مطالعه بیماری های ضروری است. عملکردهای اصلی کبد شدیدا به سازماندهی سه بعدی هپاتوسیت ها مربوط است و این امر منجر به پشتیبانی انواع سلول ها با منشا های اندودرمی و مزودرمی در واحد لوبولی شش وجهی کبد می شود. اگرچه گزارش های متعددی در مورد تمایز سلولی دو بعدی دارای عملکرد وجود دارد اما مطالعات اندکی بلوغ آزمایشگاهی سلول های پیش ساز کبدی مشتق از سلول های بنیادی پرتوان القایی انسانی(hiPSC-HPCs) را در یک محیط سه بعدی نشان داده اند که ترکیبات سلولی مربوط و ریزساختارهای موجود را به تصویر می کشند. استفاده از بیوپرینت سه بعدی دیجیتالی و سریع در مهندسی بافت، اجازه ریز ارایی سه بعدی چندین نوع سلول را در یک روش زیست تقلید از پیش تعریف شده داده است. در این مطالعه ما یک مدل سه کشتی بر مبنای هیدروژل سه بعدی را ارائه کرده ایم که سلول های پیش ساز کبدی مشتق از سلول های بنیادی پرتوان القایی انسانی را به همراه سلول های اندوتلیال سیاهرگ بند ناف و سلول های بنیادی مشتق از بافت چربی در یم ساختار شش وجهی با ابعاد میکرو قالب گیری می کند. در مقایسه با کشت های تک لایه دو بعدی و یک مدل سه بعدی هپاتوسیت به تنهایی، یک مدل سه کشتی سه بعدی فتوتیپ و عملکرد بهبود یافته ای را در سلول های پیش ساز کبدی مشتق از سلول های بنیادی پرتوان القایی انسانی بعد از چند هفته در محیط کشت آزمایشگاهی نشان می دهد. به ویژه این که ما سازماندهی مورفولوژیکی بهبود یافته، سطح بیان ژن های کبدی بالاتر، ترشح محصولات متابولیکی افزایش یافته و القای سیتوکروم P450 تقویت شده ای را نشان داده ایم. کاربرد تکنولوژی بیوپرینت در مهندسی بافت ما را قادر می سازد که مدل کبدی زیست تقلید سه بعدی را ایجاد کنیم که ساختار ماژول های کبدی واقعی را تقلید می کنند و می توانند برای کاربردهای متنوعی مانند غربالگری های دارویی و مدل سازی بیماری مورد استفاده قرار گیرند.
Proc Natl Acad Sci U S A. 2016 Feb 8. pii: 201524510. [Epub ahead of print]
Deterministically patterned biomimetic human iPSC-derived hepatic model via rapid 3D bioprinting.
Ma X1, Qu X2, Zhu W2, Li YS3, Yuan S3, Zhang H4, Liu J5, Wang P5, Lai CS4, Zanella F6, Feng GS7, Sheikh F6, Chien S8, Chen S9.
Abstract
The functional maturation and preservation of hepatic cells derived from human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) are essential to personalized in vitro drug screening and disease study. Major liver functions are tightly linked to the 3D assembly of hepatocytes, with the supporting cell types from both endodermal and mesodermal origins in a hexagonal lobule unit. Although there are many reports on functional 2D cell differentiation, few studies have demonstrated the in vitro maturation of hiPSC-derived hepatic progenitor cells (hiPSC-HPCs) in a 3D environment that depicts the physiologically relevant cell combination and microarchitecture. The application of rapid, digital 3D bioprinting to tissue engineering has allowed 3D patterning of multiple cell types in a predefined biomimetic manner. Here we present a 3D hydrogel-based triculture model that embeds hiPSC-HPCs with human umbilical vein endothelial cells and adipose-derived stem cells in a microscale hexagonal architecture. In comparison with 2D monolayer culture and a 3D HPC-only model, our 3D triculture model shows both phenotypic and functional enhancements in the hiPSC-HPCs over weeks of in vitro culture. Specifically, we find improved morphological organization, higher liver-specific gene expression levels, increased metabolic product secretion, and enhanced cytochrome P450 induction. The application of bioprinting technology in tissue engineering enables the development of a 3D biomimetic liver model that recapitulates the native liver module architecture and could be used for various applications such as early drug screening and disease modeling.
PMID: 26828329