This article describes a range of set-ups for seeding human mesenchymal stem cells onto materials, in this case electrospun yarns, that do not cover the base of standard culture well plates in order to maximize and quantify the number of cells that initially attach compared to the known seeding density.
生体材料および組織工学の研究は、多くの場合、出発細胞数の初期の知識を必要とする細胞ベースのin vitroでの研究を含む。研究者は、一般的に彼らの播種密度を参照するが、これは必ずしも問題の物質に付着した細胞の実際の数を示すものではありません。これは、特に、標準的な細胞培養ウェルプレートの底部をカバーしていない材料、または足場の場合である。この研究は、培養中の4時間後にエレクトロスピニングポリ(εカプロラクトン)糸の上に既知の数で播種ヒト間葉系幹細胞の初期の添付ファイルを調査する。電界紡糸糸9 rpmで、ペトリ皿内に配置低い結合ウェルプレート、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)のトラフ内に配置細胞培養インサートで回転バイオリアクター容器を含む、いくつかの異なるセットアップ内に保持した。後者の二つは、シェーカープレート上で静的な条件のどちらかにさらさまたは配置した(30 <span個のスタイル= "フォントサイズ:14px;行の高さ:28px;"> RPM)。 37°Cの 、5%CO 2で4時間インキュベートした後、播種した細胞の位置を、細胞DNAアッセイによって決定した。足場は、その容器から除去し、溶解緩衝液に入れた。メディア画分も同様に除去し、遠心分離し、 – 上清を捨て、ペレットを溶解緩衝液で壊れ。溶解緩衝液を各容器に添加し、またはウェル、および存在し得る任意の細胞を解放するために削り取られた。細胞DNAアッセイは足場、メディアよく画分内に存在する細胞の割合を決定した。細胞接着は、糸細胞培養インサート内に保持され、運動を振とうするための最大のアタッチメント(30%)を、全ての実験セットアップのために低かった。この研究は、関係なく、記載された細胞播種密度の足場への添付細胞の実際の数に意識を発生させます。
足場は、日常的に開発され、生体材料および組織工学用途のために研究されている。そのようなものとして、それらは一般に、例えば、細胞増殖および細胞数を決定するアッセイによって特徴付けられる細胞およびそれらのin vitro挙動を播種する。このような実験のために、初期細胞数が既知であることが必須であると研究者は、多くの場合、溶液または1cm 2あたりの細胞の数の点で播種濃度を述べる。これは特にスケールアップの目的のために、良い方法ですが、それは足場の表面に付着する細胞の実際の数(ま た生体材料表面1の接着特性に依存する)を考慮していない。細胞が構築物から離れて落下する可能性があると、により、実験の多くの場合、静的な性質のために、INTEの材料と接触戻ってこないかもしれないので、これは、細胞培養ウェルプレートの全塩基をカバーしていない足場では特に顕著です残り。電界紡糸繊維糸は、ウェル( 図1A)のベースをカバーしていない足場の良い例である。この場合には、表面処理されていない低結合ウェルプレートは、プレートの表面に付着し、従って、任意のウェルベースのアッセイの結果を歪めるから細胞を防ぐために使用されるべきである。
ウェルプレートは、容易に足場上に細胞播種のために使用されているが、これらは利用可能な唯一の方法ではありません。ロータリー細胞培養系、1980年代後半にNASAでのライフサイエンス部門によって開発されたバイオリアクターのタイプは、同様に、模擬微小重力を有する三次元(3D)環境内で足場を播種するために使用することができる。バイオリアクターのこのタイプは、世界中の研究者との人気のある選択肢のままで、セル4,5および組織工学6,7幹細胞は2,3をシグナリングするための研究に組み込まれている。どのようなウェルプレートに好適な回転式バイオリアクターを作ることは、メンテナンスですしばしばそうであるように、脱分化から分化細胞を防ぐことができ、3D環境のとき従来の2D条件8内で培養した。
本論文では、4時間の期間内にこれらの足場に付着した細胞の初期数を最大にするためにボスワースら 、9で作製したように電界紡糸ポリ(εカプロラクトン)繊維糸にヒト間葉系幹細胞を播種するための異なる技術を調査する。 2D培養のために、糸を確実にウェルプレートまたはカスタムメイドのポリ(テトラフルオロエチレン)(PTFE)のトラフ内に保持され、静的な条件下で飼育し、30 rpmで振とうした。 3D培養のために、糸と細胞が9で回転バイオリアクター容器内に保持された。
バイオポリマーから製造された電界紡糸繊維のマ トリックスは、定期的にバイオマテリアルおよび/ または組織工学アプリケーション11,12のための細胞の付着および増殖を支持するために使用される。これらのケースでは、マトリックスは、容易に細胞培養ウェルプレートの全塩基を覆い、したがって、細胞の付着を改善播種された細胞と完全に接触している繊維の薄いシートであることが多い。しかしながら、生体材料足場が完全にウェルプレートの底をカバーしていない場合には、播種された細胞の大部分は足場に接触して留まらないであろうし、最終的に取り付けることができないという高い可能性がある。この研究は、将来の細胞ベースの実験のために推奨されることができ、最適化手法を決定するために、ウェルプレートの底部をカバーしていない足場上に細胞を播種するためのいくつかの異なる方法を検討した。
ファイブ異なるセットアップが( 図1)を調査した:scaffoLDS(エレクトロ糸)低結合ウェルプレート内の細胞培養インサートを使用して保持され、静的な条件下で飼育し、30 rpmで振とうし;足場は狭いPTFEトラフ内に配置し、静的開催または30 rpmで振とう。そして9で回転バイオリアクター容器の内部に収容された足場。全て播種セットアップ( 図2)のためのアタッチメントの低い割合を示したDNAアッセイによってエレクトロスパン糸に付着した細胞の数を決定する。これは、さらに電子顕微鏡写真(SEM)( 図3)をスキャンすることを確認した。最大の細胞付着 – 30%〜18060細胞を細胞培養インサート内に保持され、連続した動きを行った糸について観察-was。興味深いことに、最も低い細胞付着(15%)は、半径方向の運動を含むことが足場と接触した細胞を維持する上でプラスの効果を有することを示唆している細胞培養インサートに保持されたが、静的条件下で飼育糸、達成された。しかし、それは、メディアの流れの連続的な旋回は、SEM像から観察された細胞凝集に関与するかもしれないことに留意すべきである。 30回転 – – このセットアップに制限することができるシェーカープレートは最も低い設定に設定した。より低速ラジアル運動を使用して、細胞凝集を防止または低減するのを助けることができ、細胞がより少ない力を経験するように、細胞の付着を改善することができる。今後の実験では、改善された細胞付着のための理想的なシェーカー速度を最適化することに焦点を当てるべきである。両方のシナリオでは18%の添付ファイル(〜10836細胞)を得て、同様の傾向をもたらさなかったトラフ内に保持された糸のために運動を組み込む。これは、トラフ内の足場の部分的な浮上によるものかもしれないが、彼らはベースに固定されていなかったとして(シェーカープレート上に置い谷のために観察された)。足場の部分的浮動は、材料と接触すると付着するの谷の底に沈んでいるすべてのセルを防ぐことができます。 tについて彼の特定のセットアップ、トラフは、ペトリ皿内に収容され、媒体の全体積を10mlを加えた。トラフの小さな寸法は、メディアの大部分は、シャーレ内に存在する任意の動きがある場合、細胞はシャーレに離れてトラフからドリフト足場の手の届かないところに完全に残ることを意味する。これはにさらされる足場のための彼らの浮上、特に動きを(防ぐ必要があるとして、これらの制限を克服するために、さらなる実験は、足場の端部が無菌微針を使用して、トラフのベースに固定されていることにより、プロトコル、中に余分なステップを含める必要があります最終的に、足場に付着する細胞数の増加をもたらすはずである半径方向の動き)。細胞の16%は、回転血管内に存在する糸に付着していた。 3D培養のためのよく確立された技術であるにもかかわらず、問題が緩くATTACをもたらしている可能性がある、船舶の主要港から足場の除去を生じなかったHED細胞が失われている。完全に開くことができる容器は、この問題を排除するであろう。これらは、購入可能であるが、相当に、この研究で使用される使い捨ての容器よりも高価である。
本研究では、標準的な細胞培養ウェルプレートの全塩基をカバーしていない足場に播種すると、現在の問題を示しています。既知の細胞数を播種すると、すべての細胞が接着することを可能に足場の表面積にもかかわらず、足場に第三取付より小さいとなった。これは、潜在的な将来の医療機器等の足場と生体適合性及び細胞物質/細胞 – 細胞の挙動との相互作用を評価することができる他の細胞ベースのアッセイにおける有害な結果を有することができる。研究のさらなる制限は、4時間の時点を含むこと-十分な長さ(細胞がしっかりと30分13,14,15内の基板に取り付けることが示されている)最初の細胞播種を確実にするためであるにもかかわらず、それが内に合理的であることこれはそうでなければ出発細胞数をスキューと同じように、細胞がより長い時間枠の間に増殖しない提供し、後の時点をvestigate。この場合には、10ミリリットルの培地の容積を減少させる、また、細胞と足場との間の接触を改善し、最終的に細胞の付着を高めることができる。細胞播種のプロセスは、細胞の損傷および/ または細胞死16が形成されることがあるので、将来の研究はまた、細胞生存率を検討すべきである。そのような生/死アッセイは、例えば、生存能力のレベルを強調と同じように細胞DNAアッセイは、生存と非生存細胞を区別しません。
この調査は、既知量の播種にもかかわらず、足場に付着した細胞の実際の数に意識を発生させます。細胞の開始番号に依存していた研究のためには、研究者が実際に関心のある基板に接着しない正確にどのように多くのその数字の知っていることが非常に重要です。
The authors have nothing to disclose.
著者は、この研究に資金を提供するための医学研究審議会に感謝し、感謝したい – MRC-DPFSグラントコードG1000788-98812。
Distilled water | in-house supply | n/a | |
Ethanol | Merck | 1117271000 | |
Phosphate Buffered Saline solution | Life Technologies | 70013016 | |
Human mesenchymal stem cells | PromoCell GmbH | C-12974 | |
MSC culture media | PromoCell GmbH | C-28010B | Warmed to 37 oC before use |
Supplement mix | PromoCell GmbH | C-39810 | Add to culture media |
Antibiotic/antimyotic mix | Sigma-Aldrich | A5955 | Add to culture media |
Trypsin (0.05 %) EDTA (0.02 %) | Sigma-Aldrich | 59417C | Warmed to 37 oC before use |
Cell culture flasks (T75) | Becton Dickinson Ltd | 353110 | |
Low binding 6-well plates | Costar Corning | 3471 | |
6-well CellCrowns | Scaffdex | C00003S | |
Petri-dish 50 ml deep | Sterilin | 124 | |
PTFE troughs | in-house production | n/a | |
Disposable RCCS vessels 10 ml | Synthecon | D-410 | |
4 Vessel Rotary Cell Culture System bioreactor | Synthecon | RCCS-4DQ | |
Shaker plate | Stuart | SSM1 | Mini Orbital Shaker |
Haemocytometer | Digital Bio | DHC-F01 | Disposable C-Chip |
Centrifuge tube | Deltalab | 352096, 429901 | 15 ml and 50 ml |
Centrifuge | Hettich | Rotafix 32 A | |
Syringe 3 ml | Shield Medicare Ltd | 3039820 | |
Pipettes | Sterilin | 40305, 47310, 40125 | 5, 10 and 25 ml |
Gilson pipettes | SLS | F144801, F144802, F123600, F123601, F123602 | P2 – P1000 |
Pipette tips | SLS | PIP7852, PIP7834, PIP7840 | |
Micro test tube 1.5 ml | Eppendorf | 30125.15 | |
Triton X-100 | Sigma | 9002-93-1 | |
PicoGreen Assay | Invitrogen | P7589 | Assay set-up in the dark |
Black 96-well plate | Greiner Bio One | 655086 | |
Fluorescent plate-reader | BGM Labtech | FLUOstar Optima | |
Glutaraldehyde 25 % | TAAB Laboratories | G002 | Made to a concentration of 1.5 % v/v in PBS |
Hexamethyldisilazane (HMDS) | Sigma | 999-97-3 | |
Aluminium stubs (SEM) | Agar Scientific | G301 | |
Carbon tabs (SEM) | Agar Scientific | G3347N | |
Gold sputter coater | Edwards | S150B | |
Scanning Electron Microscope (SEM) | Phenom World | Phenom Pro |