داربست های میکروفیبری زیست پرینت شده سه بعدی برای مهندسی میوکاردیوم اندوتلیالی شده و قلب روی چیپ
تاریخ انتشار: چهارشنبه 19 آبان 1395
| امتیاز:
مدل های اندام و بافت قلبی مهندسی شده به دلیل ساختار سلسه مراتبی میوکاردیوم طبیعی با چالش هایی روبر هستند. نیاز به تلفیق عروق خونی نیز پیچیدگی های دیگری را اضافه کرده است و رویکردهای در دسترسی که برای تولید ارگانوئیدهای قلبی عروقی مناسب باشند را محدود کرده است. در این کار ما یک استراتژی هیبرید جدید مبتنی بر پرینت زیستی سه بعدی، برای ساخت میوکاردیوم اندوتلیالی شده پیشنهاد می کند. به کمک استفاده از جوهر زیستی ترکیبی ما، سلول های اندوتلیالی به طور مستقیم درون داربست های هیدروژل میکروفیبری زیست پرینت شده و به تدریج به سمت پیرامون میکروفیبرها مهاجرت می کنند تا لایه از اندوتلیوم متراکم را شکل دهند. به همراه آنیزوتروپی کنترل شده، این بستر اندوتلیالی سه بعدی با کاردیومیوسیت ها کشت شد تا میوکاردیوم یکدستی را تولید کند که قادر به انقباض خودبخود و هماهنگ باشد. سپس ما ارگانوئیدها را درون بیوراکتورهای دینامیک میکروفلوئیدیک طراحی شده قالب گیری کردیم تا پلت فرم میوکاردیوم اندوتلیالی شده روی چیپ را برای ارزیابی سمیت قلبی عروقی کامل کنیم. در نهایت، ما نشان دادیم که چنین تکنیکی می تواند برای کاردیومیوسیت های انسانی مشتق از سلول های بنیادی پرتوان القایی استفاده شود تا میوکاردیوم انسانی اندوتلیالی شده ای را بسازد. ما بر این باوریم که روش ما برای تولید ارگانوئیدهای اندوتلیالی شده از طریق یک تکنولوژی خلاقانه زیست مهندسی شده سه بعدی ممکن است کاربرد وسیعی در طب بازساختی، غربالگری دارویی و مدل سازی بالقوه بیماری داشته باشد.
Biomaterials. 2016 Dec;110:45-59. doi: 10.1016/j.biomaterials.2016.09.003. Epub 2016 Sep 5.
Bioprinting 3D microfibrous scaffolds for engineering endothelialized myocardium and heart-on-a-chip.
Zhang YS1, Arneri A2, Bersini S3, Shin SR4, Zhu K5, Goli-Malekabadi Z6, Aleman J7, Colosi C8, Busignani F9, Dell'Erba V10, Bishop C11, Shupe T11, Demarchi D12, Moretti M13, Rasponi M14, Dokmeci MR4, Atala A11, Khademhosseini A15.
Abstract
Engineering cardiac tissues and organ models remains a great challenge due to the hierarchical structure of the native myocardium. The need of integrating blood vessels brings additional complexity, limiting the available approaches that are suitable to produce integrated cardiovascular organoids. In this work we propose a novel hybrid strategy based on 3D bioprinting, to fabricate endothelialized myocardium. Enabled by the use of our composite bioink, endothelial cells directly bioprinted within microfibrous hydrogel scaffolds gradually migrated towards the peripheries of the microfibers to form a layer of confluent endothelium. Together with controlled anisotropy, this 3D endothelial bed was then seeded with cardiomyocytes to generate aligned myocardium capable of spontaneous and synchronous contraction. We further embedded the organoids into a specially designed microfluidic perfusion bioreactor to complete the endothelialized-myocardium-on-a-chip platform for cardiovascular toxicity evaluation. Finally, we demonstrated that such a technique could be translated to human cardiomyocytes derived from induced pluripotent stem cells to construct endothelialized human myocardium. We believe that our method for generation of endothelialized organoids fabricated through an innovative 3D bioprinting technology may find widespread applications in regenerative medicine, drug screening, and potentially disease modeling.
PMID: 27710832