مهندسی یک پلت فرم سه بعدی قابل تزریق کبد انسانی از سلول های iPS
تاریخ انتشار: چهارشنبه 26 آبان 1395
| امتیاز:
مدل های آزمایشگاهی بافت انسانی برای ایجاد توانایی برای ما در مطالعات بیماری های انسانی و هم چنین تکوین درمان های دارویی بی خطر و موثر حیاتی هستند. مدل هایی از تک اندام ها در محیط های کشت استاتیک و میکروفلوئیدی تثبیت شده اند و توانایی استفاده برای مدل سازی برخی از ابعاد سلامتی و بیماری را نشان داده اند؛ با این حال، این سیستم ها فاقد برهمکنش های چند اندامی هستند که برای برخی از جنبه های متابولیسم و سمیت دارویی مهم است. بنابراین به عنوان بخشی از کنسرسیوم محققین، ما چیپ کبدی را تولید کرده ایم که معیارهای زیر را دنبال می کند:1) از سلول های iPSانسانی مشتق از بیماران مورد نظر استفاده می کند 2) سلول ها را در ارگانوئیدهای سه بعدی قابل تزریق کشت می دهد و 3) قابل تغییر با تغییرات نرخ پرفیوژن است و یا مجموعه ای از چیپ های بافتی تخصصی(مانند قلب و ریه) نیز سازگاری دارد. به منظور رسیدن به این هدف، ما روش هایی را برای تشکیل تجمعات هپاتوسیتی از سلول های مشتق از سلول های اولیه و سلول های iPS، به تنهایی یا در هم کشتی با سلول های پشتیبان توصیف می کنیم. این نیازمند یک پروتکل کشت سلول جدید برای تمایز مختل شده سلول های iPS است که اجازه برداشتن آن ها از سطح پلیت و مجتمع شدن آن ها در حین این که عملکردهای کبدی را حفظ می کنند می دهد. به منظور ترکیب این تجمعات سه بعدی در یک پلت فرم قابل پرفیوژن، ما سلول ها را درون هیدروژل های PEG برای مهار تجمعات و رشد زیاد درون چیپ کپسوله کردیم. ما یک ساختار چیپ Cشکل را طراحی کردیم که اجازه بارگیری ارگانوئیدهای کپسوله شده و کشت طی طیفی از جریانات مختلف را می دهد. در نهایت، ما عملکردهای کبدی این چیپ های ارگانوئیدی iHep را تحت پرفیوژن مشخص کردیم و یک طول عمر حداقل 28 روزه را نشان دادیم. ما تصور می کنیم که چنین استراتژی می تواند برای سایر مدل های بافتی میکروفلوئیدیک نیز استفاده شود و فرصتی را برای تفحص در مورد پاسخ های کبدی خاص بیمار در شرایط آزمایشگاهی فراهم می کند.
Lab Chip. 2016 Jul 5;16(14):2644-53. doi: 10.1039/c6lc00598e.
Engineering a perfusable 3D human liver platform from iPS cells.
Schepers A1, Li C1, Chhabra A1, Seney BT1, Bhatia S2.
Abstract
In vitro models of human tissue are crucial to our ability to study human disease as well as develop safe and effective drug therapies. Models of single organs in static and microfluidic culture have been established and shown utility for modeling some aspects of health and disease; however, these systems lack multi-organ interactions that are critical to some aspects of drug metabolism and toxicity. Thus, as part of a consortium of researchers, we have developed a liver chip that meets the following criteria: (1) employs human iPS cells from a patient of interest, (2) cultures cells in perfusable 3D organoids, and (3) is robust to variations in perfusion rate so as to be compatible in series with other specialized tissue chips (e.g. heart, lung). In order to achieve this, we describe methods to form hepatocyte aggregates from primary and iPS-derived cells, alone and in co-culture with support cells. This necessitated a novel culture protocol for the interrupted differentiation of iPS cells that permits their removal from a plated surface and aggregation while maintaining phenotypic hepatic functions. In order to incorporate these 3D aggregates in a perfusable platform, we next encapsulated the cells in a PEG hydrogel to prevent aggregation and overgrowth once on chip. We adapted a C-trap chip architecture from the literature that enabled robust loading with encapsulated organoids and culture over a range of flow rates. Finally, we characterize the liver functions of this iHep organoid chip under perfusion and demonstrate a lifetime of at least 28 days. We envision that such this strategy can be generalized to other microfluidic tissue models and provides an opportunity to query patient-specific liver responses in vitro.
PMID: 27296616