صورة موجهة، التصنيع القائم على الليزر من شبكات ميكروفلويديك المستمدة الأوعية الدموية.
Summary
This protocol outlines the implementation of image-guided, laser-based hydrogel degradation to fabricate vascular-derived, biomimetic microfluidic networks embedded in poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) hydrogels. These biomimetic microfluidic systems may be useful for tissue engineering applications, generation of in vitro disease models, and fabrication of advanced “on-a-chip” devices.
Abstract
ويحدد هذا البروتوكول مفصل تنفيذ صورة موجهة، القائم على الليزر تدهور هيدروجيل لتصنيع شبكات الموائع الدقيقة المستمدة من الأوعية الدموية جزءا لا يتجزأ من الهلاميات المائية PEGDA. هنا، نحن تصف خلق أقنعة الافتراضية التي تسمح للسيطرة على الليزر الموجهة الصورة؛ وبلمرة ضوئية المنشأ من هيدروجيل PEGDA micromolded، ومناسبة لتصنيع شبكة ميكروفلويديك والضغط يحركها تدفق الرأس. إعداد واستخدام المجهر متحد البؤر المسح بالليزر المتاحة تجاريا يقترن الفيمتو ثانية نابض تي: S الليزر للحث على تدهور هيدروجيل. والتصوير شبكات الموائع الدقيقة ملفقة باستخدام الأنواع الفلورسنت والفحص المجهري متحد البؤر. وتركز جزء كبير من البروتوكول على الإعداد السليم وتنفيذ البرامج المجهر والمجهر الكلي، لأن هذه هي الخطوات الحاسمة في استخدام المجهر التجاري لأغراض التصنيع الموائع الدقيقة التي تحتوي على عدد من تعقيدات. عنصر صورة موجهة من هذه التقنيهه يسمح لتنفيذ مداخن صورة 3D أو 3D نماذج المقدم من المستخدمين، مما يسمح لتصميم ميكروفلويديك الخلاق وتصنيع أنظمة الموائع الدقيقة المعقدة من أي تكوين تقريبا. مع الأثر المتوقع في هندسة الأنسجة، يمكن أن الأساليب المذكورة في هذا البروتوكول تساعد في تصنيع التركيبات microtissue الجزيئية الحيوية المتقدمة لأجهزة الكائن الحي والإنسان على واحد في رقاقة. عن طريق محاكاة معقدة الهندسة المعمارية، وتعرج والحجم والكثافة في الجسم الحي الأوعية الدموية، وعمليات النقل البيولوجية الأساسية يمكن أن تتكرر في هذه التركيبات، مما يؤدي إلى أكثر دقة النمذجة في المختبر الدوائية المخدرات والمرض.
Introduction
نظام الأوعية الدموية، التي تتكون من كل اللمفاوية وcardiovasculature، أشكال شبكات عالية الكثافة التي هي ضرورية لنقل المواد المغذية والأكسجين وإزالة النفايات الأيضية. وفقا لذلك، وخلايا المقيمين في الأنسجة أوعية دموية هي أبدا أكثر من 50-100 ميكرون بعيدا عن سفينة 1. القدرة على الإنجاب في الجسم الحي العمارة الأوعية الدموية في المختبر أمر بالغ الأهمية لنموذج بدقة عمليات النقل في الجسم الحي باستخدام بنيات هندسيا. مع محرك أقراص مؤخرا لتطوير الجهاز على واحد في رقاقة الأجهزة 2 عن الإنتاجية العالية المخدرات فرز 3،4 والنمذجة المرض 5،6 والأساليب لإنشاء شبكات الموائع الدقيقة أن ألخص في الجسم الحي تشبه النقل في الهلاميات المائية الاصطناعية أو الطبيعية ورسم اهتماما كبيرا. لتعزيز تقليد الطبيعة من microtissues المستخدمة في هذه الأجهزة، قمنا بتطوير، القائم على الليزر طريقة تدهور هيدروجيل موجهة الصورة التي تستخدم ثلاثة dimensiona-مداخن ل (3D) صورة الأوعية الدموية الأصلي كقوالب لتوليد شبكات الموائع الدقيقة المستمدة من الأوعية الدموية جزءا لا يتجزأ من PEGDA الهلاميات المائية 7. ويحدد هذا البروتوكول استخدام المتاحة تجاريا متحد البؤر المجهر الليزر المسح مجهزة ليزر الفيمتو ثانية نابض لافتعال، وشبكات الموائع الدقيقة الجزيئية الحيوية المشتقة من الأوعية الدموية في الهلاميات المائية PEGDA عبر والتدهور القائم على الليزر الموجهة الصورة.
وتشمل النهج الحالية لfluidize الهلاميات المائية تحريض vasculogenic 8-10 أو تقنيات 10-12 خلية البطانية التجميع الذاتي والتصنيع الدقيق عائية لخلق قنوات محددة مسبقا لتبطنن 13-16. في حين الشبكات الذاتي تجميعها ألخص كثافة وبنية معقدة من الأوعية الدموية الدقيقة، فإنها غالبا ما تكون أكثر نفاذية مما كانت عليه في الجسم الحي شبكات 11،17،18، والذي قد يكون مشكلة في نقل نماذج لتطبيقات فحص المخدرات. تتكون شبكات الذاتي تجميعها من physiologذات الصلة ically، السفن الشعرية الحجم، ولكنها يمكن أن يكون من الصعب على الاندماج مع تدفق السوائل السائبة نتيجة لضيق في توليد السفن الكبيرة، شرين الحجم. حيث لا يوجد السيطرة المباشرة على تجميع هذه الشبكات، يمكن أن الهندسة المعمارية النهائية تختلف من عينة لأخذ العينات، مما يجعل من الصعب إنتاج مرارا الشبكات مع نفس خصائص تدفق ونقل السوائل.
لتوليد 3D، شبكات الموائع الدقيقة جزءا لا يتجزأ من هيدروجيل مع هندسة قابلة للتكرار والهندسة المعمارية واضحة المعالم، وضعت عددا من تقنيات التصنيع الدقيق، بما في ذلك تجميع وحدات 13، 3D الطباعة المواد الأضاحي 16، المباشر والكتابة التجميع 14، وطباعة احادي 15. تطبيق هذه الأساليب، والهندسة المعمارية الموائع الدقيقة، وبالتالي السوائل تدفق ونقل الخصائص، يمكن أن تكون ملفقة مرارا وتكرارا في العديد من التركيبات. والقيد الرئيسي من هذه الطرق، ومع ذلك، هو عدم القدرة على خلق ستوكاتشبكات luidic مع ميزات الشعرية الحجم، 4-10 ميكرون 19. وغالبا ما تقتصر معظم تقنيات التصنيع الدقيق لميزات تتراوح 150-650 ميكرون في القطر 13،16. بعض التقنيات الموجودة قادرة على توليد الشبكات الهرمية مع القنوات عبر نطاق القطر واسعة، 10-300 ميكرون لتجميع المباشر والكتابة 14، و18-600 ميكرون للطباعة احادي 15، لكنها محدودة في قدرتها على توليد شبكات كثيفة أو لإنتاج شبكات ميكروفلويديك متعددة على مقربة ضمن بناء واحد 7.
للتغلب على بعض من هذه القيود، قمنا بتطوير، تقنية تدهور هيدروجيل القائم على الليزر الموجهة الصورة التي تسمح تلفيق للتكرار من المحاكاة البيولوجية، شبكات الموائع الدقيقة الهرمية أن ألخص بنية في الجسم الحي الأوعية الدموية الدقيقة. للقيام بذلك، وهو 790 نانومتر، 140 الفيمتو ثانية (FS) ليزر نابض العاملة في 80 ميغاهيرتز هو-الممسوحة ضوئيا النقطية طن المطلوب المواقع 3D داخل هيدروجيل، على النحو المحدد من قبل صور في الجسم الحي الأوعية الدموية. نحن نفترض أن عملية التحلل تعمل من خلال انهيار الليزر التي يسببها البصرية من الماء، وتشكيل البلازما الناتجة، وتوسيع thermoelastic السريع لاحق من المياه، وتدهور المحلي للهيدروجيل مع توسع المياه 20. تختلف هذه الآلية قليلا من التدهور القائم على الليزر من الهلاميات المائية المعتمدة على البروتين 21-24. على عكس PEGDA، والتي لديها multiphoton المقطع العرضي المنخفض، والبروتينات وغالبا ما يكون multiphoton عبر قسم كبير وبالتالي المتدهورة عن طريق multiphoton الناجم عن امتصاص الكسر الكيماوية 23. لتوليد شبكات الموائع الدقيقة الموجهة صورة، يتم التحكم في مصراع الليزر عن طريق أقنعة الافتراضية المشتقة من صورة، والتي تتكون من فسيفساء من المناطق ذات الاهتمام 9 التي تحدد بنية الموائع الدقيقة. باستخدام هذا النهج، لقد أثبتنا القدرة على افتعال 3D المشتقة من الأوعية الدموية microfluid بيوميمتيكشبكات جيم، التي تلخص العمارة كثيفة ومضنية في الجسم الحي الأوعية الدموية، من أجل السيطرة محليا مسامية الهلاميات المائية عن طريق تغيير كمية الطاقة التي سلمت خلال التدهور. وكان علينا أيضا قادرة على توليد شبكتين ميكروفلويديك المستقلة التي تتشابك على مقربة (15 ميكرون)، ولكن أبدا الاتصال مباشرة 7. لقد أثبتنا أيضا القدرة على endothelialize microchannels الليزر المتدهورة من خلال وظيفة تدهور functionalization مع إنتغرين ligating تسلسل الببتيد، أرجينين، جليكاين-الأسبارتيك حمض سيرين (RGDS)، لتعزيز التصاق الخلايا البطانية وتشكيل التجويف 7.
مع هذا البروتوكول، ويتم توليد شبكات الموائع الدقيقة المعقدة في الهلاميات المائية PEGDA الممكن عبر والتدهور القائم على الليزر الموجهة صورة باستخدام مجهر المتاحة تجاريا يمكن الوصول إليها في العديد من الجامعات. كما قاد عملية التحلل بواسطة أقنعة الرقمية، الظاهري، وهذا فابريكاتقنية نشوئها وهي قابلة للتصميم الإبداعي شبكات الموائع الدقيقة، مما يتيح استخدامها في مجموعة متنوعة واسعة من التطبيقات. ونحن نتوقع أن الطريقة الموصوفة هنا سيكون الأكثر فائدة في تصميم بيوميمتيك أجهزة الكائن الحي والإنسان على واحد في رقاقة قادرة على تكرار عمليات النقل البيولوجية الهامة في نماذج النقل المخدرات 2. قد يكون هذا الأسلوب تلفيق أيضا من مصلحة لتوليد في المختبر نماذج المرض، بما في ذلك سرطان خبيث 5،6 ونماذج حاجز الدم في الدماغ 25. كما سبق استخدامها على الليزر تدهور هيدروجيل لخلق مسارات لتوجيه نمو الخلايا العصبية 21-23، يمكن أن تثبت تمديد صورة موجهة لهذه التقنية مفيدة في استراتيجيات هندسة الأنسجة المتطورة لوضع الخلايا في الترتيبات المكانية 3D المعرفة من قبل المستخدم.
Protocol
Representative Results
Discussion
حرج في تجاوز الوظائف القياسية من البرنامج المجهر لتمكين استخدام أقنعة افتراضية لوالتدهور القائم على الليزر الموجهة صورة، يجب أن يكون الماكرو المجهر الإعداد والتلاعب بعناية. كيف واجهات البرامج المجهر مع الماكرو المجهر يمكن أن يكون أحيانا غير متوقع، واستثمرت الكثير من الجهد في تحديد الإعدادات المثلى في كلا البرنامجين لتطوير هذا الأسلوب. ينصح الفهم العام لالأساسية الليزر مسح استخدام المجهر متحد البؤر، وخصوصا مع "المرحلة" و "فوكس" ويندوز لإيجاد وتحديد المواقع هيدروجيل في س، ص، وأبعاد ض، قبل محاولة التدهور القائم على الليزر بشكل صحيح. بالإضافة إلى ذلك، تلفيق قناة مدخل ضروري لبروتوكول. يجب أن يكون الأنواع الفلورسنت مع وقف التنفيذ قادرا على إدخال أنظمة الموائع الدقيقة للتصوير ناجحة وتوصيف الشبكة. من المهم أن نلاحظ أن هذا البروتوكول ينطبق على محددة laser-مجهر المسح مبائر تكوينه مع ليزر الفيمتو ثانية نابض معين، تشغيل إصدارات معينة من البرنامج المجهر والماكرو المجهر (انظر التفاصيل في قائمة المواد الخاصة / معدات). لقد اكتشفت أن أحدث إصدارات الماكرو المجهر تفتقر إلى الرقابة وظائف اللازمة للسيطرة على الليزر الموجهة الصورة. في حين منصات المجهر الأخرى ومصادر ليزر نابض يمكن استخدامها، وينطبق هذا البروتوكول خصيصا لهذا النظام، وسوف تحتاج إلى تعديل وفقا لمنصة، مصدر الليزر، وبرامج تنفيذها. المبادئ الأساسية في جميع أنحاء هذا البروتوكول لا تزال سارية، ولكن.
وهناك تعديل محتمل لهذا البروتوكول ينطوي على تغيير تركيبة هيدروجيل. هنا، نحن تستخدم 5٪ بالوزن، 3.4 الهلاميات المائية كيلو دالتون PEGDA، ولكن تدهور القائم على الليزر (لأغراض جانبا من الجيل شبكة ميكروفلويديك) تم تنفيذه لتحط على حد سواء الهلاميات المائية الاصطناعية والطبيعية، بما في ذلك مضاد للفيروسات الفيبرينogen 21،22، بروتين الحرير الهلاميات 23، والكولاجين 24. فالتنظيم سينشئ قوة الليزر، سرعة المسح الضوئي، والتباعد بين Z-شرائح، وعدد من حالات التكرار تساعد في تحديد المعايير المثلى لصنع شبكات الموائع الدقيقة في الصيغ هيدروجيل الأخرى.
واحد الحد الحالي للتقنية هو الحجم الكلي للهيدروجيل التي يمكن أن تتحلل في كمية ممكن من الوقت. لخلق فراغات مفتوحة أو ميزات الموائع الدقيقة داخل هيدروجيل، يسكن الليزر يجب أن يكون الوقت عند أو فوق 8.96 ميكرو ثانية / بكسل (أو ليزر سرعة المسح الضوئي من 0.021 ميكرون / ميكرو ثانية) عند استخدام فلوينس الليزر من 37.7 NJ / ميكرون 2. مع هذه الإعدادات، فإنه يأخذ 1.4 ساعة للحط من السفن ضمن حجم 0.014 مم 3 (كما رأينا في الشكل 1). باستخدام زمن السكون ليزر من 4.48 ميكرو ثانية / بكسل أو أقل، والطاقة تسليمها ليست كافية لتدهور الكامل للصياغة هيدروجيل المستخدمة هنا. تنفيذ هيدروجيل مختلفةتكوين يمكن التغلب على هذا القيد. استخدام المواد الهلامية عطوب بالضوء التي تحتوي على مكونات حساسة للضوء 34-36 أو الهلاميات المائية التي لديها multiphoton كبير عبر أقسام 21-24 هي خيارات جيدة من شأنها أن تمكن من استخدام كميات أقل من الطاقة، وأن يؤدي إلى تدهور أسرع. وفيما يتعلق القيود الأبعاد، تم ملفقة ميزات تصل إلى 1.5 ملم عميقة في هيدروجيل 7. على تحقيقه عمق وظيفة من مسافة العمل من الهدف ويمكن زيادة استخدام الأهداف والعمل لمسافات طويلة جدا الأمثل للتصوير في الجسم الحي. خلقت أصغر قناة قياس 7 باستخدام كان له 20X (NA1.0) الهدف الغمر بالماء بعرض 3.3 ميكرون وعمق 8.9 ميكرون، والتي هي على قدم المساواة مع حجم أصغر القنوات ولدت في الشكل 1. في حين مختبرات أخرى قد استخدمت أقل أهداف NA 21،23،24، فإننا نتوقع أن شبكات الموائع الدقيقة مع ميزات أصغر يمكن إنشاؤها باستخدام عاليةأهداف إيه NA على حساب مسافة عمل مخفضة. في نهاية المطاف، فإن حل هذه التقنية هي وظيفة من وظيفة انتشار نقطة من تركيز شعاع الليزر، خصائص المسح الضوئي ليزر، وكمية الطاقة التي ألقاها الليزر، وخصائص امتصاص الليزر من المواد التي يجري المتدهورة.
وعلاوة على ذلك، خصائص الليزر (السرعة، فلوينس، تباعد بين أقنعة الظاهري، وعدد من حالات التكرار) يجب أن يكون الأمثل على أساس الخصائص هيدروجيل (كثافة تشعبي، macromer / مونومر الوزن الجزيئي، وزن في المئة، ونوع من هيدروجيل: المستندة إلى البروتين مقابل الاصطناعية )، وهذه سوف يغير بطبيعتها التفاعل مع الليزر وبالتالي فإن القرار النهائي للعملية. كما يتأثر الطاقة تسليمها أيضا الهدف المستخدمة، مطلوب الأمثل إضافية عند التبديل بين الأهداف. وفيما يتعلق التكاليف المترتبة على ذلك، لا بد من الوصول إلى المجهر مع ليزر نابض، وعلى الرغم من العديد من objec مختلفةالأقارب يمكن استخدامها، وتلك مع NA عالية والعمل لمسافات طويلة (للتصوير في الجسم الحي) يمكن أن تكون مكلفة.
وتتجاوز مفصلة هنا البروتوكول، شبكات ميكروفلويديك تم إنشاؤها باستخدام هذه التقنية يمكن أيضا أن functionalized مع الببتيدات خلية لاصقة بعد قناة تلفيق للحث على التصاق الخلايا البطانية وتشكيل التجويف 7. بالإضافة إلى ذلك، يمكن إدراج تسلسل الببتيد الخلايا القابلة للتحلل في المواد السائبة 9 قبل توجيه تدهور تسمح لدراسة الهجرة الخلية من وإلى هيدروجيل. لالتميع المستمر للشبكة ميكروفلويديك داخل هيدروجيل، الهلاميات المائية يمكن photopolymerized في الأجهزة أو العلب الموائعية أكبر، كما هو موضح في الشكلين 2 و 3 7.
توليد شبكات الأوعية الدموية عن طريق vasculogenic أو عائية التجميع الذاتي 8-12 يوفر نهجا واضحة للحث زارة شؤون المحاربين القدامىscularization طوال حجم هيدروجيل كبير نسبيا. بينما يؤدي هذا النهج في شبكات الموائعية perfusable، فمن الصعب السيطرة عليها بشكل مباشر على حجم، تعرج، والكثافة، وبنية الشبكة العامة. ونتيجة لهذا الحد، قد تختلف البيانات الشخصية تدفق ومعدلات القص في الأوعية الدموية بين التجارب. بدلا من ذلك، وتقنيات التصنيع الدقيق 13-16 تسمح للسيطرة المباشرة على بنية الشبكة ولكن غالبا ما تكون محدودة بسبب عدم قدرتهم على توليد، قنوات الشعرية الحجم صغيرة أو تلفيق الشبكات الكثيفة التي تحاكي في الهندسة المعمارية الجسم الحي والأوعية الدموية. في حين أن تقنية تدهور هيدروجيل القائم على الليزر المذكورة هنا تم أغراض أخرى حديثا لتوليد ميكروفلويديك، فإنه يتغلب في وقت واحد كلا من السيطرة المعمارية والقيود القائمة على حجم أساليب التصنيع الدقيق القائمة التي تمكن من خلق 3D شبكات الموائع الدقيقة الجزيئية الحيوية أن ألخص كثافة، تعرج، مجموعة الحجم، والبنيان العامة(ه) في الجسم الحي الأوعية الدموية. وعلاوة على ذلك، شبكات الموائعية متعددة يمكن أن تتولد في هيدروجيل واحد، مما يتيح للدراسة النقل بين الشبكة 7. لتطبيقات هندسة الأنسجة التي تسعى لتكرار بشكل وثيق في عمليات النقل المجراة في المختبر، وشبكات الموائع الدقيقة جزءا لا يتجزأ من هيدروجيل حل للغاية المذكورة هنا هي مناسبة تماما. ونحن نتوقع أن هذا البروتوكول سيكون مفيدا في تطوير البنى الأنسجة أن أكثر تقليد بدقة في الجسم الحي والنقل لاستخدامها في أجهزة فحص المخدرات وفي نماذج المرض في المختبر.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors thank Dr. Jeff Caplan and Mr. Michael Moore at the Delaware Biotechnology Institute Bio-Imaging Center for their support with confocal microscopy. Access to microscopy equipment was supported by the National Institutes of Health (NIH) shared instrumentation grants (S10 RR0272773 and S10 OD016361) and the State of Delaware Federal Research and Development Grant Program (16A00471). This research was supported by grants from the Institutional Development Award (IDeA) from the NIH National Institute of General Medical Sciences (P20GM103446), the American Cancer Society (14-251-07-IRG), the University of Delaware Research Foundation (14A00778), the Cancer Prevention and Research Institute of Texas (CPRIT) (RR140013), and the NIH National Library of Medicine (4 R00 LM011390-02).
Materials
| MATLAB | Mathworks | R2015a | named "programming software" in protocol; refer to source 9 for details on algorithm |
| FIJI (Fiji is Just Image J) | NIH | version 1.51a | named "image processing software" in protocol |
| LSM 780 Confocal Microscope | Zeiss | named "laser-scanning confocal microscope" in protocol; for laser-based hydrogel degradation | |
| Zen 2010B SP1 | Zeiss | release version 6.0 | named "microscope software" in protocol; for use on Zeiss LSM-780 |
| Multitime, 2010 | Zeiss | v16.0 | named "microscope macro" in protocol; for use on Zeiss LSM-780 (in conjunction with Zen) |
| Objective W Plan-Apochromat 20x/1.0 DIC D=0.17 M27 75mm | Zeiss | 421452-9880-000 | for use on Zeiss LSM-780 |
| Chameleon Vision II Modelocked Ti:S Laser | Coherent | named "high-powered pulsed laser" in protocol | |
| Sodium chloride | Sigma-Aldrich | S5886-1KG | |
| HEPES | Sigma-Aldrich | H3375-250G | |
| Triethanolamine (TEOA) | Sigma-Aldrich | 90279-100ML | flammable; skin and eye irritant; work with in a fume hood |
| Sodium hydroxide | Sigma-Aldrich | S5881-500G | |
| 150 mL Vacuum Filtration Cups with 0.2 µm PES Membrane | VWR | 10040-460 | |
| PEGDA | synthesized in house | refer to source 33 for synthesis methods; store under argon | |
| Eosin Y disodium salt | Sigma-Aldrich | E6003-25G | |
| 1-vinyl-2-pyrrolidinone (NVP) | Sigma-Aldrich | V3409-5G | store under argon; carcinogenic; work with in a fume hood |
| 3M Double Coated Tape, 9500PC, 6.0 mil | Thomas Goldkamp | 37728 | |
| Flexmark 90 PFW Liner | FLEXcon | FLX000620 | backing for handling of double coated tape |
| Model SC Plotter (adhesive cutter) | USCutter | SC631E | used to cut adhesive in ring shapes to connect coverslips to petri dishes |
| 60 mm Petri Dish with 20 mm Hole | MatTek Corporation | P60-20-F-NON | |
| High Intensity Illuminator (white light source) | Fiber-Lite | 4715MS-12WB10 | |
| Power Meter | Newport | 1916-R | detect power at 524 nm when using white light source |
| Slim Profile Wand Detector | Newport | 918D-ST | for use with power meter |
| Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit | Dow Corning | 3097358-1004 | used to make PDMS molds; refer to source 7 for methods |
| TMPSA-Functionalized #1.5 Coverslips, 40 mm Round | synthesized in house | refer to source 7 for methods | |
| Dextran, Fluorescein, 2,000,000 MW, Anionic, Lysine Fixable | Life Technologies | D7137 | can use alternative tagged dextrans; 2000 kDa does not diffuse readily into a 5% 3.4kDa PEGDA hydrogel |
| 1 mL Syringe, Luer-Lok | BD | 309628 | |
| Acrodisc Syring Filter, 0.2µm Supor Membrane, Low Protein Binding | Pall | PN 4602 | |
| sticky-Slide VI0.4 | Ibidi | 80601 | microfluidic devices that can be used to house hydrogels |
References
- Baish, J. W., Stylianopoulos, T., et al. Scaling rules for diffusive drug delivery in tumor and normal tissues. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 108 (5), 1799-1803 (2011).
- Bhatia, S. N., Ingber, D. E. Microfluidic organs-on-chips. Nature Biotechnol. 32 (8), 760-772 (2014).
- Esch, E. W., Bahinski, A., Huh, D. Organs-on-chips at the frontiers of drug discovery. Nat. Rev. Drug Discov. 14 (4), 248-260 (2015).
- Ghaemmaghami, A. M., Hancock, M. J., Harrington, H., Kaji, H., Khademhosseini, A. Biomimetic tissues on a chip for drug discovery. Drug Discov. Today. 17 (3-4), 173-181 (2012).
- Jeon, J. S., Bersini, S., et al. Human 3D vascularized organotypic microfluidic assays to study breast cancer cell extravasation. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 112 (1), 214-219 (2015).
- Pisano, M., Triacca, V., Barbee, K. A., Swartz, M. A. An in vitro model of the tumor-lymphatic microenvironment with simultaneous transendothelial and luminal flows reveals mechanisms of flow enhanced invasion. Integr. Biol. 7 (5), 525-533 (2015).
- Heintz, K. A., Bregenzer, M. E., Mantle, J. L., Lee, K. H., West, J. L., Slater, J. H. Fabrication of 3D Biomimetic Microfluidic Networks in Hydrogels. Adv. Healthc. Mater. , (2016).
- Cuchiara, M. P., Gould, D. J., McHale, M. K., Dickinson, M. E., West, J. L. Integration of Self-Assembled Microvascular Networks with Microfabricated PEG-Based Hydrogels. Adv. Funct. Mater. 22 (21), 4511-4518 (2012).
- Culver, J. C., Hoffmann, J. C., Poché, R. A., Slater, J. H., West, J. L., Dickinson, M. E. Three-Dimensional Biomimetic Patterning in Hydrogels to Guide Cellular Organization. Adv. Mater. 24 (17), 2344-2348 (2012).
- Kim, S., Lee, H., Chung, M., Jeon, N. L. Engineering of functional, perfusable 3D microvascular networks on a chip. Lab Chip. 13 (8), 1489 (2013).
- Saik, J. E., Gould, D. J., Keswani, A. H., Dickinson, M. E., West, J. L. Biomimetic Hydrogels with Immobilized EphrinA1 for Therapeutic Angiogenesis. Biomacromolecules. 12 (7), 2715-2722 (2011).
- Zisch, A. H., Lutolf, M. P., et al. Cell-demanded release of VEGF from synthetic, biointeractive cell-ingrowth matrices for vascularized tissue growth. FASEB J. , (2003).
- He, J., Zhu, L., Liu, Y., Li, D., Jin, Z. Sequential assembly of 3D perfusable microfluidic hydrogels. J. Mater. Sci. Mater. Med. 25 (11), 2491-2500 (2014).
- Therriault, D., White, S. R., Lewis, J. A. Chaotic mixing in three-dimensional microvascular networks fabricated by direct-write assembly. Nat. Mater. 2 (4), 265-271 (2003).
- Wu, W., DeConinck, A., Lewis, J. A. Omnidirectional Printing of 3D Microvascular Networks. Adv. Mater. 23 (24), H178-H183 (2011).
- Kolesky, D. B., Truby, R. L., Gladman, A. S., Busbee, T. A., Homan, K. A., Lewis, J. A. 3D Bioprinting of Vascularized, Heterogeneous Cell-Laden Tissue Constructs. Adv. Mater. 26 (19), 3124-3130 (2014).
- Zervantonakis, I. K., Hughes-Alford, S. K., Charest, J. L., Condeelis, J. S., Gertler, F. B., Kamm, R. D. Three-dimensional microfluidic model for tumor cell intravasation and endothelial barrier function. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 109 (34), 13515-13520 (2012).
- Roudsari, L. C., West, J. L. Studying the influence of angiogenesis in in vitro cancer model systems. Adv. Drug Deliv. Rev. , (2015).
- Dawson, T. H. Scaling laws for capillary vessels of mammals at rest and in exercise. Proc. R. Soc. Long. [Biol.]. 270 (1516), 755-763 (2003).
- Vogel, A., Noack, J., Hüttman, G., Paltauf, G. Mechanisms of femtosecond laser nanosurgery of cells and tissues. Appl. Phys. B. 81 (8), 1015-1047 (2005).
- Sarig-Nadir, O., Livnat, N., Zajdman, R., Shoham, S., Seliktar, D. Laser Photoablation of Guidance Microchannels into Hydrogels Directs Cell Growth in Three Dimensions. Biophys. J. 96 (11), 4743-4752 (2009).
- Livnat, N., Sarig-Nadir, O., Seliktar, D., Shoham, S. Three-dimensional guidance of DRG neurite outgrowth using multi-photon photo-ablation. , 116-119 (2009).
- Applegate, M. B., Coburn, J., et al. Laser-based three-dimensional multiscale micropatterning of biocompatible hydrogels for customized tissue engineering scaffolds. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 112 (39), 12052-12057 (2015).
- Ilina, O., Bakker, G. J., Vasaturo, A., Hoffman, R. M., Friedl, P. Two-photon laser-generated microtracks in 3D collagen lattices: principles of MMP-dependent and -independent collective cancer cell invasion. PB. 8 (2), (2011).
- Naik, P., Cucullo, L. In Vitro Blood-Brain Barrier Models: Current and Perspective Technologies. J. Pharm. Sci. 101 (4), 1337-1354 (2012).
- Choe, Y., Mayerich, D., et al. Specimen Preparation, Imaging, and Analysis Protocols for Knife-edge Scanning Microscopy. JoVE. (58), (2011).
- Mayerich, D., Kwon, J., Sung, C., Abbott, L., Keyser, J., Choe, Y. Fast macro-scale transmission imaging of microvascular networks using KESM. Biomed. Opt. Express. 2 (10), 2888-2896 (2011).
- Chung, J. R., Sung, C., et al. Multiscale Exploration of Mouse Brain Microstructures Using the Knife-Edge Scanning Microscope Brain Atlas. Front. Neuroinform. 5, (2011).
- Schindelin, J., Arganda-Carreras, I., et al. Fiji: an open-source platform for biological-image analysis. Nat. Methods. 9 (7), 676-682 (2012).
- Shukla, A., Slater, J. H., Culver, J. C., Dickinson, M. E., West, J. L. Biomimetic Surface Patterning Promotes Mesenchymal Stem Cell Differentiation. ACS Appl. Mater. Interfaces. , (2015).
- Slater, J. H., Culver, J. C., et al. Recapitulation and Modulation of the Cellular Architecture of a User-Chosen Cell of Interest Using Cell-Derived, Biomimetic Patterning. ACS Nano. 9 (6), 6128-6138 (2015).
- Slater, J. H., West, J. L. Fabrication of Multifaceted, Micropatterned Surfaces and Image-Guided Patterning Using Laser Scanning Lithography. Methods Cell Biol. 119, 193-217 (2014).
- DeLong, S. A., Gobin, A. S., West, J. L. Covalent immobilization of RGDS on hydrogel surfaces to direct cell alignment and migration. J. Control. Release. 109 (1-3), 139-148 (2005).
- DeForest, C. A., Anseth, K. S. Cytocompatible click-based hydrogels with dynamically-tunable properties through orthogonal photoconjugation and photocleavage reactions. Nat. Chem. 3 (12), 925-931 (2011).
- Kloxin, A. M., Kasko, A. M., Salinas, C. N., Anseth, K. S. Photodegradable Hydrogels for Dynamic Tuning of Physical and Chemical Properties. Science. 324 (5923), 59-63 (2009).
- Tibbitt, M. W., Kloxin, A. M., Dyamenahalli, K. U., Anseth, K. S. Controlled two-photon photodegradation of PEG hydrogels to study and manipulate subcellular interactions on soft materials. Soft Matter. 6 (20), 5100-5108 (2010).
